Высокотемпературный полупроводниковый тензорезистор



Высокотемпературный полупроводниковый тензорезистор
Высокотемпературный полупроводниковый тензорезистор
Высокотемпературный полупроводниковый тензорезистор

 

G01B1/00 - Измерение длины, толщины или подобных линейных размеров; измерение углов; измерение площадей; измерение неровностей поверхностей или контуров (измерение размеров человеческого тела, см. соответствующие подклассы, например A41H 1/00, A43D 1/02,A61B 5/103; измерительные приспособления в сочетании с тростями для прогулок A45B 3/08; сортировка по размеру B07; способы и устройства для измерений, специально предназначенные для металлопрокатных станов B21B 38/00; установочные или чертежные инструменты, не предназначенные специально для измерения, B23B 49/00,B23Q 15/00-B23Q 17/00, B43L; оборудование для измерения или калибровки, специально приспособленные для гранения или

Владельцы патента RU 2634491:

Публичное акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "УМПО") (RU)

Использование: для изготовления высокотемпературного полупроводникового тензорезистора. Сущность изобретения заключается в том, что высокотемпературный полупроводниковый тензорезистор содержит тензочувствительную пленку, сформированную из поликристаллического моносульфида самария, соединенную с металлическими контактными площадками и установленную с возможностью взаимодействия с испытываемым объектом, при этом тензочувствительная пленка сформирована непосредственно на поверхности испытываемого объекта и имеет мелкокристаллическую дефектную структуру с прыжковой проводимостью. Технический результат: обеспечение возможности уменьшения искажения напряжений, повышения надежности и долговечности конструкции, повышения рабочей температуры, уменьшения размеров тензорезистора, снижения массы элементов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к высокотемпературным полупроводниковым тензорезисторам, используемым как чувствительные элементы в датчиках, применяемых для измерения и контроля деформаций (напряжений) в деталях любого энергетического оборудования, двигателей внутреннего сгорания и других машин, работающих в условиях воздействия высоких температур, при циклических теплосменах и длительном стационарном режиме.

Наиболее близким по конструкции и достигаемому результату является высокотемпературный полупроводниковый тензорезистор, содержащий тензочувствительную пленку, сформированную из поликристаллического моносульфида самария, закрепленную между металлическими контактными площадками и установленную с возможностью взаимодействия с испытываемым объектом.

/RU 129214 U1 МПК G01B 1/00 Опубликовано: 20.06.2013/

Известная конструкция тензорезистора, представляет собой тонкую поликристаллическую пленку, сформированную на жестком носителе и отделена от чувствительного элемента диэлектрической пленкой. Носитель с тензорезистором размещается на поверхности исследуемого объекта с помощью переходных элементов (клеи, лаки и т.п.). Недостатками такой конструкции является значительная погрешность измерения, связанная с наличием в соединении промежуточных элементов - клея, носителя, укрывного слоя, искажающих картину деформаций поверхности объекта испытаний.

Задача изобретения - создание конструкции тензорезистора, исключающей необходимость размещения промежуточных элементов, искажающих картину деформаций, между тензочувствительным элементом и поверхностью объекта испытаний.

Ожидаемый технический результат - уменьшение искажений напряжений, действующих на поверхности объекта испытаний, повышение надежности и долговечности конструкции, повышение рабочей температуры, уменьшение размеров тензорезистора, снижение массы элементов, измерение максимального уровня напряжений в месте расположения тензочувствительной пленки независимо от направления растяжения-сжатия поверхности относительно расположения тензорезистора.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что в известном высокотемпературном полупроводниковом тензорезисторе, содержащем тензочувствительную пленку, сформированную из поликристаллического моносульфида самария, закрепленную между металлическими контактными площадками и установленную с возможностью взаимодействия с испытываемым объектом, по предложению, тензочувствительная пленка сформирована непосредственно на поверхности испытываемого объекта и имеет мелкокристаллическую дефектную структуру с прыжковой проводимостью. Тензорезистор может быть снабжен диэлектрической пленкой, расположенной под металлическими контактными площадками, а испытываемый объект выполнен из металла или композита.

В предложенном решении исключаются промежуточные элементы между объектом испытания и тензочувствительным элементом (подложка, лаки, клеи и т.д.).

Тензочувствительную пленку из поликристаллического моносульфида самария непосредственно на поверхности испытываемого объекта формируют, например, ионно-лучевым распылением при различных температурах исследуемого объекта. Тонкие пленки сульфида самария, полученные из газовой фазы, содержат меньшее, в сравнении со стехиометрическим, количество серы, что приводит к образованию мелкокристаллической дефектной структуры с вакансиями в подрешетке серы. При этом в пленках, полученных при температурах исследуемого объекта около 410 К, концентрация таких дефектов выше, что существенно снижает величину и температурный коэффициент удельного электрического сопротивления пленки. При более низких температурах объекта концентрация вакансий в подрешетке серы уменьшается, и температурная зависимость электросопротивления приобретает полупроводниковый характер. Наилучшая температурная зависимость электрического сопротивления тонких пленок SmS достигается в диапазоне температур 200-300 К, в них преобладают механизмы «прыжковой проводимости». Кроме того при соприкосновении на поверхности испытываемого объекта и тензочувствительной пленки начнутся диффузионные процессы взаимодействия металлов с образованием кристаллических твердых растворов, что обеспечивает жесткость соединений и значительно уменьшает погрешность измерений.

Фиг. 1 - схема высокотемпературного полупроводникового тензорезистора.

Фиг. 2 - схема высокотемпературного полупроводникового тензорезистора с диэлектрическим вставками.

Конструкция полупроводникового тензорезистора содержит тонкую поликристаллическую пленку моносульфида самария 1, являющуюся тензочувствительным элементом, пленка сформирована на поверхности объекта испытаний 2. В непосредственном контакте с тензочувствительным элементом 1 на поверхности объекта испытаний 2 установлены контактные площадки 3 для присоединения к ним проводов 4. Если объект испытаний 2 состоит из токопроводящего вещества (металла), то контактные площадки 3 отделяются от поверхности объекта испытаний 2 слоем диэлектрика 5.

Датчик работает следующим образом.

При деформации объекта испытаний 2 на его поверхности возникают сжимающие (растягивающие) напряжения, приводящие к изменению длины участка поверхности, на котором расположен тензорезистор, следовательно, к изменению длины тензочувствительного элемента 1. При этом меняется расстояние между атомами кристаллической решетки материала тензочувствительного элемента 1, следовательно, меняются силы взаимодействия между атомами. Это вызывает изменение энергии образования электронно-дырочной пары в материале. В примесном полупроводнике деформация приводит к изменению расстояния между атомом примеси и окружающими его атомами кристаллической решетки. При этом меняется энергия ионизации, то есть изменяется сопротивление тензочувствительного элемента 1. Изменение сопротивления полупроводникового тензорезистора на основе моносульфида самария имеет линейную зависимость изменения сопротивления от деформации, таким образом, по изменению сопротивления тензочувствительного элемента (ilR), измеренного с помощью измерительной аппаратуры (Ом), определяется относительное удлинение (ilL) участка поверхности объекта исследования (мм) через формулу K=(ilR/R)/(ilL/L), где К - коэффициент тензочувствительности (для моносульфида самария К=30…100), R - измеренное сопротивление (для моносульфида самария R=0,2…20,0 кОм), L - длина тензочувствительного элемента вдоль оси растяжения (сжатия). По относительному удлинению участка поверхности объекта исследования пересчетом определяется величина действующих на этом участке напряжений. Тензочувствительный элемент 1 связан с измерительной аппаратурой с помощью проводов 4. Для связи проводов 4 с тензочувствительным элементом 1 на поверхности объекта испытаний формируются контактные площадки 3, позволяющие разместить место приварки (припайки) проводов без риска повреждения тензочувствительного элемента во время приварки (припайки) и испытаний. В случае когда объект испытаний выполнен из токопроводящего материала (металла), контактные площадки 3 формируются на слое диэлектрика 5, предварительно сформированном на поверхности объекта испытаний 2 в зоне расположения тензорезистора площадки.

Применение тензорезистора позволяет уменьшить искажения напряжений, действующих на поверхности объекта испытаний, повысить надежность и долговечность конструкции, повысить рабочую температуру, уменьшить размеры тензорезистора, снизить массу элементов, измерять максимальный уровень напряжений в месте расположения тензочувствительной пленки независимо от направления растяжения-сжатия поверхности относительно расположения тензорезистора.

1. Высокотемпературный полупроводниковый тензорезистор, содержащий тензочувствительную пленку, сформированную из поликристаллического моносульфида самария, соединенную с металлическими контактными площадками и установленную с возможностью взаимодействия с испытываемым объектом, отличающийся тем, что тензочувствительная пленка сформирована непосредственно на поверхности испытываемого объекта и имеет мелкокристаллическую дефектную структуру с прыжковой проводимостью.

2. Высокотемпературный полупроводниковый тензорезистор по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен диэлектрической пленкой, расположенной под металлическими контактными площадками, соединенными с тензочувствительной пленкой, сформированной непосредственно на поверхности испытываемого объекта между ними.

3. Высокотемпературный полупроводниковый тензорезистор по п. 1, отличающийся тем, что испытываемый объект выполнен из металла или композита.



 

Похожие патенты:

Изобретение имеет преимущественно бытовую направленность и может быть использовано для проведения измерений на открытой местности, не требующих большой точности.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способу изготовления модельного образца для определения деформаций, и может быть использовано при исследовании напряженно-деформированного состояния металла в прокатном и кузнечно-прессовом производстве.

Изобретение относится к измерительной технике и применяется для измерения избыточной длины оптического волокна. В указанном способе используют климатическую камеру, в которой устанавливают отрицательную температуру и выдерживают при этой температуре испытуемую длину оптического кабеля в течение заданного интервала времени.

Изобретение относится к области технических измерений, в частности к измерениям геометрических параметров крупногабаритных деталей, размеры которых выходят за габариты диапазона измерений координатно-измерительной машины (КИМ).

Изобретение относится к области физиологии растений, а в частности к лабораторной практике исследования растительного объекта, и может быть использовано для подготовки растительного объекта к изучению состояния устьиц в процессе варьирования напряженностью внешних факторов (например, временем суток, температурой окружающей среды, составом химических соединений различных классов в качестве компонентов питания при их различной концентрациии).

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области контроля геометрических параметров сложных поверхностей изделий, например пера лопаток газотурбинных двигателей, на координатных измерительных машинах.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения с помощью сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) рельефа, линейных размеров, физических характеристик поверхности и распределения этих характеристик в объеме объекта путем срезания тонких слоев объекта с последующим исследованием вновь образованных поверхностей объекта.

Изобретение относится к измерительной технике, к волоконно-оптическим измерительным преобразователям перемещений и может быть использовано при измерении давления в условиях взрывоопасной окружающей среды.
Наверх