Устройство для измерения температуры,НАпРяжЕННОСТи МАгНиТНОгО пОля и МЕХАНи-чЕСКиХ НАпРяжЕНий Советский патент 1981 года по МПК G01K7/01 G01B7/16 G01R33/06 

4с проводимостью п-типа. Полупроводниковая пластина 1 укреплена (пайкой или клеем) на упругом основании

5из немагнитного металла или диэлектрика. Электрическая изоляция областей 2 и 4 пластины 1 от упругого основания, при выполнении его из ме-.. талла, обеспечивается р-п-переходом, образованным между областями 2 и 3 пластины 1. На внешней поверхности области 2, электрически изолированной от области 4 р-п-переходом, крестообразно расположено четыре контакта б , 7, 8 и 9. Участок области 2, ограниченный контактами б, 7, 8 и 9, является областью, чувствительной к магнитному полю, приложенному перпендикулярно поверхности области 2 (контакты 7 и 9 являются потенциальными для измерения ЭДС Холла, а контакты

6и 8 - токовыми). Участок области 2 ограниченный контактами 6 и 8, одновременно является резистором, чувствительным к механическим напряжениям, приложенным в плоскости упругого основания 5. Участок полупроводниковой пластины 1, заключенный.между контактом 8 области 2 и контактом 10 области 4, является термодиодом, чувствительным к температуре. К контактам 6, 7, 8, 9 и 10 подсоединены электрические выводы 11. Полупроводниковая пластина 1 с контактами помещена в корпус 12 из немагнитного материала и загерметизирована в нем изолятором 13 из компаунда. Контактами 6 и 10 чувствительный элемент подключен к источнику тока, а контактами б, 7, 8, 9 и к измерительной схеме. (Источник тока и измерительная схема на фиг. 1 не показаны).

Устройство работает следующим образом.

Ток ат источника тока протекает по двум парсшлельным цепям: контакт 6, р-п-переход, образованный областями 2 и 4 пластины 1, контакт 10;.контакт б, область 2 пластины 1, контакт 8, входное сопротивление измерителя напряжения, подключенного к контактам 8 и 10, контакт 10. Измерител напряжения входит в состав измерителной схемы. Соотношение между токами в указанных цепях будет определяться соотношением сопротивления р-п-перехода и входного сопротивления измерителя напряжения. Для эффективной совместной работы термодиода и измерителя напряженности магнитного поля это сортнетиение следует выбирать таким образом, чтобы ток первой цепи, т.е. ток термодиода, был в пределах (10-50)- 10 А. Протекание тока от контакта 6 к контакту 8 через област 2 вйэывает инжекцию носителей тока в эту область, имеющую малую толщину (2-5 мкм) и достаточно хорошо изолированную от области 4 р-п-переходом. Прикладывание магнитного поля Н в

плоскости, перпендикулярной области 2, приводит к появлению напряжения Холла между контактами 7 и 9, пропорционального Н, UT-P (Н), вследствие повышения концентрации, например la/ieKTPOHOB у контакта 7 и дырок - контакта 9. Напряжение U. (1) Регистрируется измерительной схемой.

Изменение температуры ведет к изменению тока через р-п-переход, образованный областями 2 и 4 пластины 1, а следовательно, к изменению напряжения между контактами 8 и 10, величина которого пропорциональна температуре Ug.,o( t) .

Механические напряжения, приложенные в плоскости упругого основания 5, воздействуют на всю полупроводниковую пластину 1, в том числе и на ее область 2, сопротивление которой является функциейоэтих механических напряжений. Выбор указанной области в качестве тензорезистора обусловлен ее достаточно высоким сопротивлением в связи с тем, что она характеризуется малой толщиной (2-г5 мкм) и наличием тока между контактами б и 8.

При изменении t, Н и г в области размещения первичного преобразователя,напряжения Ug.(t), (Н) и (Ъ) изменяются. На кгокдую чувствительную область первичного Преобразователя, т.е. на термодиод, датчик магнитного поля и тензорезистор, одновременно воздействуют t, Н кЪ , чт обуславливает магниторезистивную и тензорезистивную погрешность термодиода, температурную и тензорезистивную погрешности датчика магнитного поля и магниторезистивную и температурную погрешности тензорезистора. Учитывая суммарное воздействие t, Н иЬ на первичный преобразователь, ег градуировку необходимо проводить при поочередном наложении t, Н и , при постоянном значении питакяцего тока, используя в процессе градуировки функции: Ue-e(H); U7-9 (Н): U0.,o(H)5 U.g(t); U7-9 (t); U0.o(t); ); и 7.9 (Ъ) И U0-yo (&) , которые хранятся в блоке памяти, входящем в состав измерительной , для взаимной коррекции измеряек&гх напряжений, вычисления, индикации и регистрации измеряемых величин.

При выполнении чувствительного элемента из арсенида галлия (возможно использование и других полупроводт HHKOKJX материалов) устройство обеспечивает: измерение температуры в интервале /1 57370/К, его чувствительность А. 2 мВ/град При постоянном смещении р-п-перехода в прямом направле НИИ измерение напряженности магнитного поля в диапазоне (07-5)Т при t&v. пературе (1,)К; измерение механи ческих напряжений при температуре /1,5гЗОО/К, dR ,ii 10 кг см. R