Устройство для измерения неэлектрических величин Советский патент 1990 года по МПК G01J5/20 G01K5/00 G01N27/00 

Фи&. 1

31

нальный измерительный преобразователь 1 подается стабильное по амплитуде переменное напряжение с выхода генератора 8 переменного юка. Между пер- вым 3 и вторым 4 электродами снимает- ся напряжение, амплитуда которого пропорциональна интенсивности световому потоку. Между первым 3 и четвертым 7 электродами снимается напря- жение, амплитуда которого пропорциона

льна температурео Между первым 3 и третьим 6 электродами снимается напряжение,, амплитуда которого пропорциональна относительной влажности воздуха„ Устройство позволяет проводить одновременное измерение параметров трех независимых неэлектрических величин, что придает устройству более широкие функциональные возможности,, 2 ил о

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для одновременного измерения трех независимых неэлектрических величин (освещенности, температуры и влажности) в труднодоступных местах с малым рабочим объемом, например, в авиации, медицине, биохимии и т.д. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Многофункциональный измерительный преобразователь 1 выполнен в виде многослойной структуры, содержащей полупроводниковый фоточувствительный элемент 2, на поверхность которого нанесены два несоединенных слоя, являющиеся первым 3 и вторым 4 электродами, окруженных слоем пористого пьезочувствительного элемента 5, на внешнюю поверхность которого нанесены два электрических несоединенных слоя, являющиеся третьим 6 и четвертым 7 электродами. Между первым 3 и третьим 6 электродами на многофункциональный измерительный преобразователь 1 подается стабильное по амплитуде переменное напряжение с выхода генератора 8 переменного тока. Между первым 3 и вторым 4 электродами снимается напряжение, амплитуда которого пропорциональна интенсивности световому потоку. Между первым 3 и четвертым 7 электродами снимается напряжение, амплитуда которого пропорциональна температуре. Между первым 3 и третьим 6 электродами снимается напряжение, амплитуда которого пропорциональна относительной влажности воздуха. Устройство позволяет проводить одновременное измерение параметров трех независимых неэлектрических величин, что придает устройству более широкие функциональные возможности. 2 ил.

Изобретение относится к измеритепь- ной технике и может быть использовано для одновременного измерения трех независимых неэлектрических величин (освещенности, температуры и влажности) в труднодоступных местах с малым рабочим объемом, например в авиации, медицине, биохимии и т.д.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - аксонометрическое изображение многофункционального измерительного преобразователя.

Устройство содержит многофункциональный измерительный преобразователь 1 , выполненный в виде многослойной структуры, при этом его первым слоем является полупроводниковый фоточувствительный элемент 2, например фоторезистор, на основе полупроводникового материала селен или селени- да кадмия с температурным коэффициентом линейного расширения, равным

40-50.1СГ на поверхность которо45

го нанесены два электрически несоединенных слоя, являющиеся (фиг02) первым 3 и вторым 4 электродами, выполненных, например, из серебра, окруженных слоем пьезочувствительного элемента 5, выполненного, например, из пористой керамики на основе ВадТЮ.} с температурным коэффициентом линей- п

н-oro расширения

4-540 о{™ на внешнюю поверхность которого нанесены два электрически несоединенных слоя, являющиеся (фиг.2) третьим 6 и четвертым 7 электродами, выполненных, например, из серебра, имеющих электрический и механический контакты с пьезочувствительным элементом 5, при

0

5

0

5

0

5

п

5

этом первый 3 и второй 4 электроды имеют электрический и механический Контакты с полупроводниковым фоточувствительным элементом 2 и пьезочувствительным элементом 5. Кроме того, устройство содержит генератор 8 переменного тока, первый 9 и второй 1C нормирующие усилители постоянного тока, нормирующий усилитель 11 переменного тока, выпрямитель 12, первый 13, второй 14 и третий 15 аналого-цифровые преобразователи (АЦП), первый 16, второй 1 7 и третий 18 цифровые индикаторы, блок 19 управления, причем полупроводниковый фоточувствительный элемент 2, электрический сигнал с которого снимается между первым 3 и вторым 4 электродами, включен, например, в одно из плеч мостовой схемы 20, входящей в состав второго нормирующего усилителя 10 постоянного входа.

Устройство работает следующим

образом„

v При воздействии на многофункциональный измерительный преобразователь 1 светового потока изменяется сопротивление полупроводникового фоточувствительного элемента 20 При этом на входе второго усилителя 10 постоянного тока появляется сигнал рассогласования мостовой схемы 20, уравновешенного, например, при нулевой интенсивности светового потока, а на входе третьего АЦП 15 появляется электрический сигнал, величина которого пропорциональна интенсивности светового потока, падающего на многофункциональный измерительный преобразователь 1. Третий АЦП 15 преобразует электрический сигнал в цифровой код, значение которого пропорционально интенсивности светового потока, отображается на третьем цифровом индикаторе 18„

При изменении температуры, воздействующей на многофункциональный иэмерительньй преобразователь 1, размеры полупроводникового фоточувствительного элемента 2 изменяются за счет его теплового расширения, что приводит к деформации пьезочувстви- тельного элемента 5, что, в свою очередь, приводит к изменению заряда на его внешней и внутренней поверхностях за счет прямого пьезоэффекта, а следовательно, к изменению электрического сигнала между первым 3 и четвертым 7 электродами. Изменение электрического сигнала усиливается первым нормирующим усилителем 9 постоянного тока и поступает на вход первого АЦП 13. Последний преобразует электрический сигнал в цифровой код, значение которого, пропорционально изменению температуры, воздействующей на многофункциональный измерительный преобразователь 1, отображается на первом цифровом индикаторе 16. Ввиду того, что при начальной температуре, например, 0°СПвеличина заряда на внешней и внутренней поверхности пьезочувствительного элемента 5 может быть отличной от нуля, первый нормирующий усилитель 9 постоянного тока может содержать компенсационные элементы (не показаны.) , с помощью которых на первом цифровом индикаторе устанавливается значение температуры, например нулевой „

При изменении влажности воздуха, воздействующей на многофункциональный измерительный преобразователь 1, полное комплексное сопротивление пьезочувствительного элемента 5 за счет адсорбции пористой керамики, из которой он выполнен, изменяется Это . приводит к изменению падения напряжения между третьим 6 и вторым 3 электродами, на которые одновременно поступает стабилизированное переменное напряжение с выхода генератора 8 переменного тока. Падение напряжения между третьим 6 и вторым 3 электродами, пропорциональное относительной влажности воздуха, усиливается нормирующим усилителем 11 переменного тока и через выпрямитель 12 поступает на вход второго АЦП 14. Последний преобразует электрический сигнал в цифровой код, значение которого, пропорционально значе нию относительной

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

влажности воздуха, отображается на втором цифровом индикаторе 17.

Управление работой первого 13, второго 14 и третьего АЦП 15 осуществляется с помощью блока 19 управления, позволяющего задавать время и последовательность съема информации с выходов многофункционального измерительного преобразователя 1„

Таким образом, устройство позволяет проводить одновременное измерение параметров трех независимых неэлектрических величин, что придает устройству более широкие функциональные возможности. Кроме того, небольшие габариты и вес многофункционального измерительного преобразователя 1 позволяют использовать устройство при проведении измерений в трудно доступных местах с мылым рабочим объемом.

Формула изобретения

Устройство для измерения неэлектрических величин, содержащее многофункциональный измерительный преобразователь, первьй и второй нормирующие усилители постояниох о тока, первый аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входом первого цифрового индикатора, и блок управления, первьй выход которого подключен к управляющему входу первого аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, многофункциональный измерительный преобразователь выполнен в виде многослойной структуры, при этом первым слоем многослойной структуры является полупровод никовый фоточувствительньй элемент, на поверхность которого нанесены два электрически несоединенных слоя, являющиеся первым и вторым электродами, окруженных слоем пьезочувствительного элемента, на внешнюю поверхность которого нанесены два электрически несоединенных слоя, являющиеся третьим и четвертым электродами, имеющих электрический и механический контакты с пьезочувст- вительным элементом, причем первьй и второй электроды имеют электрический и механический контакты с полупроводниковым фоточувствительным и пьеэо- чувствительным элементами, температурный коэффициент линейного расширения материала, из которого выполнен полупроводниковый фоточувствительный элемент, не менее чем на один поря- док превышает температурный коэффициент линейного расширения материала, из которого выполнен льезочувствитель ный элемент, а толщина первого, второго, третьего и четвертого электро- дов выбирается на несколько порядков меньше, чем толщина слоев полупроводникового фоточувствительного -и пьезо- чувствительного элементов, кроме того устройство дополнительно содержит нормирующий усилитель переменного тока, выпрямитель, второй и третий аналого-цифровые преобразователи, второй и третий цифровые индикаторы, и генератор переменного тока, первый вы- ход которого соединен с третьим электродом и входом нормирующего усилителя переменного тока,а второй выход - с первым электродом и общей шиной устройства, выход нормирующего усилителя переменного тока через выпрямитель и второй аналоге цифровой преобразователь соединен с входом второго цифрового индикатора, управляющий вход второго аналого- цифрового преобразователя соединен с вторым выходом блока управления, третий выход которого соединен с управляющим входом третьего аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом третьего цифрового индикатора,а информационный вход - с выходом второго нормирующего усилителя постоянного тока,вход последнего соединен с вторым электродом,а четвертый электрод через первый нормирующий усилитель постоянного тока соединен с информационным входом первого аналого-цифрового преобразователя.

Фиг. 2