Полупроводниковый датчик давления Советский патент 1988 года по МПК G01L9/06 

со

00

со

ел

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения переменных, импульсных давлений и давлений ударных волн в жидкостях и газах.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый полупроводниковый датчик давления; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1.

Цель изобретения - расширение амплитудного диапазона при измерении давлений ударных волн.

Полупроводниковый датчик давления содержит керамический корпус 1 с изолированным электродом 2, металлический кристал- лодержатель 3 с углублением на боковой поверхности, жестко скрепленный с корпусом, полупроводниковый элемент 4, припаянный основанием к днищу углублния на игле и соединенный с изолированным электродом электровыводом 5, жесткий эпоксидный компаунд 6, заполняющий углубление на поверхности иглы, эластичный полиуретановый компаунд 7, заполняющий полость корпуса, гаситель 8 ударных волн и скрепленный с корпусом датчика эпоксидным клеем 9, припаянный центральной жилой 10 к тыльной части кристаллодержателя 3, а оплеткой 11 - к изолированному электроду 2 электрический кабель 12 с наружной изоляцией 13.

В качестве полупроводникового чувствительного элемента использован эпитаксиаль- ный туннельный р-п-переход из арсенида галлия. Кристаллодержатель изготовлен из бериллиевой бронзы БрБ-2 и имеет диаметр 1 мм, высоту 15 мм. Электровывод 5 выполнен из серебряной проволочки диаметром 30 мкм. Спиралевидное выполнение |электровывода существенно повышает его I прочность на разрыв при прохождении удар- ных волн по эластичному компаунду. Жесткий эпоксидный компаунд полимеризован из эпоксидной смолы ЭД-5 с дефеновым ан- I гидридом в качестве наполнителя при :- -200°С в вакууме. Эластичный компаунд изготовлен из полиуретанового лака :УР1112 с применением отвердителя Pesmo- dur HL, дающего сверхэластичную железо- :образную массу, обладающую хорошей адгезией к поверхности корпуса. Гаситель 8 ударных волн представляет собой 7-10 слоев тонкой медной сетки (диаметр образующей сетки 7 мкм, размер ячейки 20 мкм), чередующихся слоями полых формальдегид- ных микросфер (диаметр сферы - 100 мкм), погруженных в эластичный компаунд у днища корпуса. Антивибрационный кабель 12 соединяет датчик с вторичной измерительной аппаратурой, которая содержит генератор постоянного тока, смещающий туннельный р-п-переход в обратном направлении, блок баланса напряжения смещения на указанном р-п-переходе в отсутствии ;давления, усилитель напряжения разбаланса возникающего на р-п-переходе при давлении на него.

1381350

Датчик давления в режиме измерения

ударных волн работет следующим образом.

Ударная волна, распространяющаяся в

среде измерения, через отверстие корпуса

проникает в полость корпуса и движется по эластичному компаунду. При подходе фронта ударной волны к острию кристаллодержателя происходит рассечение ударной волны коническими участками поверхности острия на обтекающие иглу потоки.

0 Поскольку направление дальнейшего распространения ударной волны близко к оси кристаллодержателя, ударная во.лна почти без искажений движется после рассечения вдоль боковой цилиндрической поверхности

иглы к ее основанию. Из-за существенно большей жесткости кристаллодержателя и эпоксидного компаунда по сравнению с полиуретановым компаундом поверхность кристаллодержателя сжимается только боковой компонентой давления ударной волны.

0 Из-за существенно меньшей жесткости эпоксидного компаунда по сравнению с материалом кристаллодержателя и полупроводникового кристалла полупроводниковый элемент испытывает со стороны эпоксидного

5 компаунда в момент прохождения ударной волны мимо углубления фактически всестороннее сжатие. Всестороннее сжатие туннельного р-п-перехода вызывает возрастание напряжения смещения на нем, в результате чего на выходе вторичной изме0 рительной аппаратуры возникает электрический сигнал, пропорциональный давлению в ударной волне, дарная волна после прохождения мимо полупроводникового элемента движется далее к основанию иглы, достигает гасителя 8 и рассеивается на нем

5 так, что отраженная волна имеет существенно меньшую амплитуду по сравнению с падающей.

0

Формула изобретения

Полупроводниковый датчик давления, содержащий жесткий полый корпус с отверстием и изолированным электродом, крис- таллодержатель, жестко связанный с корпусом, полупроводниковый тензочувствитель- ный элемент, закрепленный в полости корг пуса на кристаллодержателе, гибкий электровывод, соединяющий полупроводниковый тензочувствительный элемент с электродом, жесткий и эластичный органические компаунды, заполняющие полость корпуса, отличающийся тем, что, с целью расширения

0 амплитудного диапазона при измерении давлений ударных волн, в нем Кристаллодержатель выполнен в виде иглы с углублением на ее боковой поверхности, расположенной в полости корпуса аксиально и острием к отверстию, причем тензочувствительный эле5 мент размещен на игле в углублении, которое заполнено жестким компаундом до уровня цилиндрической боковой поверхности иглы, а остальная часть полости корпуса заполнена эластичным компаундом.

-4

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - расширение амплитудного диапазона при измерении давлений ударных волн. Ударная волна, распространяющаяся в среде измерения, через отверстие корпуса проникает в полость корпуса и движется по эластичному компаунду. При подходе фронта ударной волны к острию кристаллодержателя происходит ее рассечение коническими участками поверхности острия на обтекающие иглу потоки. Всестороннее сжатие туннельного р-п-пе- рехода вызывает возрастание напряжения смещения в нем, в результате чего на выходе измерительной аппаратуры возникает электрический сигнал, пропорциональный давлению в ударной волне. Последняя движется к основанию иглы, достигает гасителя и рассеивается на нем так, что отраженная волна имеет меньщую амплитуду по сравнению с падающей. 3 ил. с (Л

Фиг.1

Фиг. 2

5-6