Устройство для измерения постоянного тока Советский патент 1991 года по МПК G01R19/00 

-/

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения постоянного тока в магнитных полях. Целью изобретения является повышение точности измерений. Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее источник 1 постоянного магнитного поля, полупроводниковый стержневой элемент 2 с двумя торцовыми омическими контактами 3, 4, источник 5 постоянного тока, блок 6 регистрации, дополнительно введены три дополнительных контакта 7, 8, 9. Дополнительные контакты 8, 9 выполнены омическими, дополнительный контакт 7 выполнен инжектирующим. Контакты 7 и 8 расположены на одном сечении друг над другом на противоположных боковых гранях и подключены к клеммам 10. 11 для подключения исследуемого объекта. Контакт 9 соединен с блоком 6 регистрации, а источник 5 постоянного тока подключен к одному из торцовых контактов 4 через магниторезистор 12 и терморезистор 13. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения постоянного тока в магнитных полях.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На чертеже дано предлагаемое устройство.

Устройство для измерения постоянного тока содержит источник 1 постоянного магнитного поля, рзмещенный в нем полупроводниковый элемент 2, выполненный стержневым с двумя торцовыми омическими контактами 3, 4, источник 5 постоянного тока, блок 6 регистрации, полупроводниковый элемент 2 снабжен тремя дополнительными контактами 7, 8, 9, два из которых расположены на одном сечении друг над другом на противоположных боковых гранях и подключены к клеммам 10, 11 для подключения исследуемого объекта, причем один дополнительный контакт выполнен инжектирующим, а второй и третий дополнительные контакты 8, 9 выполнены омическими. Третий дополнительный контакт 9 соединен с блоком 6 регистрации, а источник 5 постоянного тока подключен к 1 одному из торцовых контактов 4 через маг- ниторезистор 12 и терморезистор 13.

Устройство работает следующим образом.

При помещении полупроводникового элемента 2 (из несобственного германия), выполненного в виде стержня квадратного сечения. В магнитное поле источника 1 постоянного магнитного поля таким образом, чтобы силовые линии магнитного поля были параллельны продольной оси элемента 2 и подключены к торцовым контактам 3, 4 источника 5 постоянного тока в полупроводниковом элементе 2 возникают колебания протекающего по нему тока. Частота колебаний тока в элементе 2 из несобственного германия определяется выражением

f.Jk.E,(1)

У Злг а

амбиполярная

р14

подвижность;

- подвижность электронов и дырок;

по. ро - концентрация электронов и дырок; 2а - поперечный размер полупроводникового элемента 2;

E-V/L- напряженность электрического поля;

L - длина элемента 2;

V -напряжение, приложенное к. торцовым контактам 3, 4 элемента 2.

Из выражения (1) следует, что частота колебаний тока зависит or концентрации электронов по и дырок Ро в элементе 2. С увеличением концентрации частота уменьшается. При протекании измеряемого тока I по элементу 2 таким образом, что дополнительный инжектирующий контакт 7 образует смещенный в прямом направлении p-n-переход, в объем элемента 2 инжектируются неосновные носители. В результате этого в элементе 2 возникает избыточная, над равновесной, концентрация дырок Ар, Одновременно с избыточными дырками в полупроводниковом элементе 2 возникают

и избыточные электроны An, причем А р An, Суммарная концентрация электронов в том случае будет А п, а дырок р ро+ + Ар. Концентрация избыточных носителей в элементе 2 зависит от величины измеряемого тока I, протекающего через инжектирующий контакт, и увеличивается с возрастанием тока, т.е. An, р F(l). Таким образом, изменение величины измеряемого тока вызывает изменение концентрации электронов и дырок в

элементе 2, в результате чего частота колебаний тока, возникающих в элементе 2, изменяется. Напряжение на торцовых контактах 3,4 и продольный ток, протекающий по элементу 2, создаются с помощью источника 5 постоянного тока.

Одновременно с колебаниями продольного тока в элементе 2 возникают колебания поперечного напряжения, частота которых равна частоте колебаний продольного тока.

Колебания поперечного напряжения снимаются с помощью дополнительного омического контакта 9. Частота колебаний напряжения измеряется блоком 6 регистрации, вход которого соединен с контактом 9.

Частота колебаний тока и напряжения в элементе 2 зависит от температуры. При уменьшении температуры частота увеличивается. Это обусловлено увеличением подвижности носителей jUn и //р при понижении

температуры элемента 2. Из (1) видно, что частота увеличивается при увеличении напряжения, приложенного к торцовым контактам 3, 4. При подключении источника 5 постоянного тока к торцовым контактам 3, 4 через терморезистор 13 напряжение на элементе 2 будет . зависеть от величины сопротивления терморезистора 13. Терморезистор 13 выполнен таким образом, что его сопротивление увеличивается при понижении температуры. В результате этого при понижении температуры уменьшается величина напряжения, приложенного ic торцовым контактам 3,4, что приводит к уменьшению частоты. Таким образом изменением частоты, вызванным изменением напряжения, приложенного к элементу 2, осуществляется компенсация изменения частоты, обусловленного влиянием температуры на полупроводниковый элемент 2.

Частота колебаний тока и напряжения в элементе 2 может зависеть и от индукции магнитного поля, причем частота увеличивается при возрастании магнитной индукции. Для компенсации погрешности, обусловленной нестабильностью магнитного поля источни- ка 1, последовательно с элементом 2 включен магниторезистор 12. Магниторезистор 12 выполнен таким образом, что его сопротивление возрастает при увеличении магнитного поля и он располагается в магнитном поле источника 1 постоянного магнитного поля. Компенсация изменения частоты, обусловленной нестабильностью магнитного поля, осуществляется изменением напряжения на торцовых контактах 3,4 при изменении значе- ния сопротивления магниторезистора 12. В результате этого точность измерения повышается.

Для компенсации погрешности, вызванной нестабильностью температуры и магнит- ного поля, последовательно с элементом 2 включены терморезистор 13 и магниторезистор 12, что позволяет повысить точность измерения, Источник 5 представляет собой источник постоянного тока.

Входное сопротивление предлагаемого устройства определяется сопротивлением элемента 2 между контактами 7 и 8. Для полупроводникового элемента 2, выполненного n-Ge с удельным сопротивлением 0,2 Ом -м в виде стержня размерами 1-1-5 мм3 площадью контактов 7 и 8, равной 1 мм2, при значении измеряемого тока, близком к нулю, когда Дл Др 0, входное сопротивление 200 Ом. Входное сопротивление прототипа при тех же размерах полупроводникового элемента кОм. При увеличении измеряемого тока I концентрации инжектированных носителей Л п Л р возрастают, что приводит к уменьшению удельного сопротивления и, следовательно, входного сопротивления устройства для измерения постоянного тока. Например, для тока 10 мА входное сопротивление составляет 20-30 Ом.

Уменьшение входного сопротивления приводит к уменьшению методической погрешности, обусловленной влиянием входного сопротивления, т.е. к повышению точности измерения.

Формула изобретения

2.Устройство по п. 1,отличаюшее- с я тем, что источник постоянного тока подключен к одному из торцовых контактов через последовательно соединенные магниторезистор и терморезистор.