Малобазный тензодатчик Советский патент 1986 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для одновременного измерения температуры и деформации с высокой точностью ив широком диапазоне тем ператур. Цель изобретения - повышение точ ности, чувствительности и расширени диапазона рабочих температур малобазного датчика. Цель достигается выполнением ос новного и дополнитетельного тензочувствительных элементов из монокри таллов полупроводников, которые обладают максимальными по абсолютной величине коэффициентами тензочувствительности для каждого типа проводимости, а в качестве термоэлемента использованы основной и дополнитель ный тензоэлементы, включенные после довательно со специально подобранны .ми параметрами. На чертеже показан малобазный: тензодатчик . при его включении в сх му измерения температуры, общий вид Тензодатчик содержит основной тензоэлемент-чувствительньш элемент 1 длиной Ер, выполненный в виде сте жня из монокристалла полупроводника р-типа, например, нитевидного кристалла кремния кристаллографической ориентации l 11 , дополнительный тензочувствительньй элемент 2 длиной .Р,, - в виде стержня из монокрис талла полупроводника П -типа, например, нитевидного кристалла кремния кристаллографической ориентации 100 . В качестве изоляции 3 использует ся окись кремния, а сами тенэоэлементы снабжены контактами с токовыводами (4-7) по два на каждый тензо резистор для включения их -в измерительные цепи. Измеритель 8 температуры включен в .цепь из последовательно соединен иых теизоэлементов 1 и 2, При этом параметры основного и дополнительного тензочувствительных элементов выбираются из соотношений Кр О, К, 0; SP Кр; Р 5„ 1 1К„|-. где рр , р удельные сопротивления; Кр, К„ коэффициенты чувствительности;длины; площади поперечных сечений. Малобазный тензодатчик работает следующим образом. Малобазный тензодатчик устанавливается на деталь с помощью клея. Для измерения деформации тензоэлемента 1и 2 через токовьгооды 4, 5 и 6, 7 подсоединяются к измерителям деформации. Для измерения темпера:туры токовыводы 4 и 6 соединяются вместе, а токовыводы 5 и 7 подключаются к измерителю 8 температуры. При деформации детали, например растяжении, сопротивление тензоэлемента 1 Р типа возрастает , а тензоэлемента 2п -типа уменьшается. В случае удовлетворения соотношениям (1) - (3) параметров тензоэлементоз 1 и 2, таких как удельное сопротивление, геометрические размеры и коэффициенты тензочувствительности сопротивление последовательно соединенных тензоэлементов не зависит от деформации, как показывает расчет и эксперимент. Сопротивление полупроводников сильно зависит от температуры, поэтому сопротивление последовательно соединенных тензоэлементов при выполнении отношений (1) - (3) будет только функцией температуры, а не деформации. Зная зависимость коэффициентов тензочувствительности тензоэлементов от температуры и измеряя температуру объекта, производится измерение деформации объекта с высокой точностью. Формула изобретения. Малобазный тензодатчик., содержащий основной тензочувствительный элемент, выполненный в виде стержня из монокристалла полущ)оводника со слоем изоляции, и дополнительный тензочувствительный элемент со слоем изоляции, выполненный из монокристалла полупроводника с проводимостью, противоположной типу проводимости основного тензочувствительного элемента, и расположенный параллельно относительно основного тензочувствительного элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения точное31ти, чувствительности и расширения диапазона рабочих температур, кристаллографическая ориентация полупроводника основного тензочувствительного элемента выбрана l 1 1 j , дополнительного ЮО , слоями изоляции являются окисленные поверхности элементов, а параметры основного и дополнительного тёнзочувствительных элементов выбираются из соотношений: о, Кр 0; Г IbEI p РР , рп удельные сопротивления основного (р) и дополнительного (п) тёнзочувствительных элементов; Кр, Kf, - коэффициенты чувствительности;р, Е - длины; Sp, S - площади поперечных сечений.

Изобретение относится к испытательной технике, позволяет повысить точность, чувствительность и расширить диапазон рабочих температур малобазного датчика, для чего он содержит основной и дополнительный тензочувствительные элементы, которые выполнены в виде стержней и расположены параллельно друг другу. Основной тензочувствительный элемент выполнен из монокристалла полупроводника р -типа, например, нитевидного кристалла кремния кристаллографической ориентации 111 , дополнительный из монокристалла полупроводника п -типа,.например нитевидного кристалла кремния кристаллографической ориентации йЮО . Для работы датчика в качестве тензочувствительного элемента и термоэлемента одновременно параметры тензочувствительных элементов должны удовлетворять соотношениям Кр 0, Kj, 0; Sp/Sn i|Kp pf // К„ / i 11 . - /Kn/- Pn / p-pf , где PP , р„ - удельные сопротивле(Л ния; Кр, Kfl - коэффициенты чувствительности; Sp, Sf, - площади поперечных сечений; fp, Ff, - длины основ:ного р) и дополнительного (п) тензочувствительных элементов. 1 ил.