Акселерометр Советский патент 1979 года по МПК G01P15/08 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частност к системам приборов и средств автома тизации для получения информации о величине измеряемых параметров, и мо жет быть использовано для измерения ускорений и вибраций в широком диапа зоне температур на изделиях космичес кой, авиационной, судостроительной техники и в других областях народного хозяйства. Известны тензопреобразователи механических величин, у которых уменьшение температурной погрешности осуществляется технологической схемной компенсацией или введением дополнительных активных стабилизирующих элементов 1. Недостатками известных устройств являются сложность компенсации температурной погрешности, ограниченный температурный диапазон работы тензопреобразователей, низкая надежность приборов и значительное время подготовки к измерениям. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является термостатированный тензоакселерометр содержащий корпус, расположенную в нем балку с инерционной массой на конце и стабилизирующим температуру элементом, и прибор регулировки температуры 2 . Однако в зтом устройстве не обеспечиваются условия для быстрого переноса тепла от диффузионного резистора к тензорезистору, что увеличивает время подготовки устройства к измерениям. Локальный нагрев областей, прилегающих к диффузионному резистору, приводит к термическим напряжениям в контактных площадках и корпусе балки акселерометра, что обусловливает его низкую надежность. Необходимость формирования дополнительного диффузионного резистора, служащего нагревательным элементом, усложняет конструкции. Цель изобретения - уменьшение времени подготовки к измерениям, увеличение надежности и упрощение конструкции. Для этого в предлагаемом акселерометре на части балки под тензореэнсторами,- являющейся одновременно натревательным элементом, установлегп-. комтакты, соединенные с приберем регулировки температуры. На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого акселерометра, Устройство содержит корпус балки 1, в теле которого сформирован тензорезистор 2 (корпус балки условно разделен на деформированную часть 3 и часть для заземления 4), измерител ный прибор 5, регулирующий температуру элемент б, контактные площгщки 7, чувствительный к изменению температуры элемент 8 и контактные площад ки 9 и 10. Устройство работает следующим образом. Под воздействием измеряемого меха нического параметра конец корпуса балки 1 отклоняется от начального положения, создавая механические напряжения в тензорезисторе 2, расположенном в теле деформируемой части Механические напряжения преобразуютс тензорезистором 2 в электрический сигнал, который регистрируется измерительным прибором 5. При пропускани электрического тока от регулирующего температуру элемента 6 через контакт ные площадки 7 происходит разогрев деформируемой части 3 балки за счет выделения в ней джоулева тепла. Пото выделенного тепла нагревает тензорезистор, и чувствительный к изменению температуры элемент 8, управляющий сигнал от которого поступает на регу лирующий температуру элемент 6, поддерживает заданную температуру в деформируемой части 3 балки. Контактны площадки 9 и 10 служат для коммутации тенэорезистора 2 и элемента 8. Совмещение нагревательного элемен та с деформируемой частью балки, в к торой сформированы тензорезисторы и чувствительный к изменению температу элемент, позволяет уменьшить время подготовки акселерометра к измере ниям, т.е. то время, за которое тенэорезисторы нагреваются до заданной температуры. Причину, по которой это происходит, можно проиллюстрировать, рассмотрев одномерный стационарный случай уравнения теплопроводности скорость переноса количества теплоты через площадку da по нормали к ней; градиент температуры; коэффициент теплопроводности. Джоулево тепло выделяется в ке1ждом элементарном объеме нагревательного элемента в непосредственной близости поверхности р -п-перехода, электрически изолирующего тензорезистор от нагревательного элемента, причем площадь поверхности р-п-перехода, погруженного в нагревательный элемент, достаточно велика при малом объеме тела тензорезистора. Большой градиент температур между нагревательным элементом и тензорезистором (или элементом, чувствительным к изменению температуры) за счет разделяющего их слоя создается при незначительной разности температур между нагревательным элементом и тензорезистором, что увеличивает надежность устройства в работе. Таким образом исключается перегрев остальных элементов акселерометра, приводящий к их разрушению из-за разности термических коэффициентов расширения материалов, из которых они изготовлены, исключаются термические напряжения между частями элементов из одинакового материала вследствии того, что джоулево тепло выделяется однородно во всем объеме нагревательного элемента. Упрощение конструкции достигается тем,что нет необходимости отдельно формировать диффузионный резистор, осуществляющий подогрев тензорезистора. Формула изобретения Акселерометр, содержащий корпус, расположенную в нем консольно укрепленную балку с инерционной массой на конце, тензорезисторами и стабилизирующим температуру элементом, и прибор регулировки температуры элемента, отличающий ся тем, что, с целью уменьшения времени подготовки акселерометра к измерениям,увели-. чения надежности и упрощения конструкции, на части бсшки под тензорезисторами, являющейся одновременно нагревательным элементом, установлены кон1акты, соединенные с прибором регулировки температуры. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 434284, кл. G 01 L 1/18, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 504978, кл. G 01 Р 15/12, 1970.