Распределенный тензочувствительный элемент

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерения деформаций Цель изобретения - повышение чувствительности за счет большего изменения конфигурации линий равного юка при деформации. Элемент состоит из квадратной полупроводниковой пластины, у которой два выходных контакта - точечные , а входные выполнены в виде квадратов , две стороны которых совпадают с двумя сторонами пластины. Доказано, что соотношение сторон находится в пределах 0,25 ,5, где А - сторона пластины; В- сторона контакта 4 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

COLlVIAËÈÑÒÈ×ÅÃÊÈÕ

РЕСПУБЛИК (s»s G 01 В 7/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ы (о

)Сл)

Ф

О

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4657096/28 (22) 02,03.89 (46) 15.03.91. Бюл. N 10 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) В. П, Драгунов и А. И. Ильенков (53) 531.781.2(088.8) (56) Полупроводниковая тензометрия. Сборник, Новосибирск, 1986. с. 94 — 101, рис. 5, б. (54) РАСПРЕДЕЛЕННЫЙ ТЕНЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измереИзобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерения деформаций.

Цель изобретения — повышение чувствительности за счет большего изменения конфигурации линий равного тока при деформации.

На фиг, 1 приведена простейшая модель прототипа и ее эквивалентная схема; на фиг, 2 — конфигурация предлагаемого распределенного тензочувствительного элемента; на фиг. 3 — его простейшая модель иэ дискретных тензорезисторов; на фиг. 4— зависимость отношения выходного напряжения элемента к выходному напряжению моста из четырех тензорезисторов от соотношения размеров сторон квадратной пластины и квадратных контактов при неизменных деформации и напряжении источника питания.

Предлагаемый распределенный тензочувствительный элемент состоит из квадратной полупроводниковой, например кремниевой пластины 1 со стороной квадрата А, причем толщина пластины 1 много

„., 50 „„1о34989 А1 ния деформаций. Цель изобретения — повышение чувствительности за счет большего изменения конфигурации линий равного тока при деформации. Элемент состоит из квадратной полупроводниковой пластины, у которой два выходных контакта — точечные, а входные выполнены в виде квадратов, две стороны которых совпадают с двумя сторонами пластины. Доказано, что соотношение сторон находится в пределах 0,25 <

<В/А < 0,5, где А — сторона пластины; В— сторона контакта. 4 ил. меньше стороны квадрата. На концах одной диагонали пластины 1 расположены квадратные контакты 2 со стороной квадрата 8, причем вершины контактов совпадают с со ответствующими вершинами пластины 1.

Контакты 2 предназначены для подключения источника питания. На концах другой диагонали расположены точечные контакты

3, являюгциеся выходными контактами элемента.

Распределенный тензочувствительный элемент работает следующим образом.

В отсутствие деформации сопротивление каждого объема пластины 1 изотропно и одинаково по величине. При подключении контактов 2 к источнику постоянного напряжения выходной сигнал, снимаемый с контактов 3, равен нулю из-за симметрии элемента относительно его диагоналей.

Приложение, например, растягивающей силы к противоположным сторонам пластины

1 приводит к аниэотропно лу изменению сопротивления ее элементарных обьемов, при котором отношение сопротивления в направлении приложения силы и соппотивле1634989

< ия в перпендикулярном HB

:кения), не равного нулю. При соответствующем выборе размеров пластины 1 и контактов 2 можно получить выходной сигнал элемента, превыша<ощий выходной с«гнал моста из четырех тензоре- 10 зисторов. В этом можно убедиться, рассмотрев простейшу<о модель рас«ределенного тензочувствительного элемента (фиг. 3), где резисторы R1 моделируют сопротивление элеме«тарного объема 15 элемег<та в направлении прило>кения растяг< лающей силы, а резисторы R2 — в перпендикуляр«ом направлении, Используя ме годы теории цепей llocTQSl(I

Г<РЯжЕ«ИЯ I п,ЕЛИ От ИЗМЕНЕНИЯ СОПРОтИВл<..«ия резисг«ров R1 и R2, Зта зависимость аписl..<веется выра>кениегл:

К -(- 9 К + 1

К 4-7 К+1 где U л< — напряжение на выходе моста из четырех тензорезисторов, К = H1/82.

При небольшом изглене«ии сопротивления резисторов R1 и Б2,обь<чном для тензочувствительных элементов, К 1, U=1,2 UM.

Заьисимость отношения выходных напряжений пред«агаеглого элемента (U) и мос<л из <еть<рех тензореэисторов (UM) от от«оше«ия размеров 8 и А (фиг. 4) рассчита«а l<3 ЗБМ. РBc <ет выполнен для случая, когда сопротивление измерительного прибора, подключенного к контактам 3 (фиг. 1) велико.

Из фиг. 4 следует, что в случае точечных ко«тактов в диагонали питания (Б/А «0), т.е. в I

При 8/А=-0,5 происходит смыкание контактов диагонали питания в центре элемента и он теряет свои тензочувствительные свойства. Следовательно, отношение размеров В и А целесообразно выбирать в диа— пазойе 0,25 < 8/А < 0,5, Необходимо, однако, иметь в виду, что с увеличением В при неизменном А уменьшается входное сопротивление элемента.

Чувствительность элемента повышается если размеры квадратных контактов и пластин соответствуют условию 0.25 < В/А < 0,5.

Чувствительность повышается за счет изменения конфигурации линий равного тока и связанных с ними эквипотенциалей.

Формула изобретения

Распределенный тенэочувствительный элемент, выполненный в виде квадратной пластины с двумя точечными выходными контактами и двумя контактами для подключения источника питания, с расположением каждой пары на соответствующих концах диагоналей квадрата, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности за счет большего изменения конфигурации линий равного тока при деформации, контакты для подключения источника питания выполнены в виде квадратов и расположены так, что две стороны каждого квадрата совпадают с соответствующими сторонами квадрата пластины, а отношение сторон квадрата контакта и квадрата пластины выбирают из соотношения

0,25 < В/А < 0,5 где  — сторона квадратного контакта;

А — сторона квадратной пластины.

1634989

Фиг.2

08

Оо п,г

or oz аз g4 в/

ФОГТ

Составитель В. Лазарева

Редактор Л. Пчолинская Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор С. Черни

Заказ 747 Тираж 387 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская нэб., 4/5

Производ твенно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101