Пристрій для вимірювання градієнтів деформації і температури

Пристрій відноситься до вимірювальної техніки і до засобів тензо- і термометрії і може бути використаний для одночасного вимірювання температури і деформації. Відомий пристрій для вимірювання градієнтів деформації і температури (малобазний тензодатчик), який містить основний p-типу і додатковий n-типу напівпровідникові тензочутливі елементи, які розташовані симетрично один одному, а посередині мають додаткові контакти, які з'єднані між собою. [А.с. СССР №1375945, кл. G 01В 7/18, 1986]. Недоліком такого пристрою є недостатня його чутливість до змін деформації і температури. Найбільш близьким технічним рішенням до даної корисної моделі є пристрій для вимірювання градієнтів деформації і температури (малобазний тензодатчик), який містить основний тензочутливий елемент, який виконано у вигляді стержня з монокристалу напівпровідника з кристалографічною орієнтацією [111] і з шаром ізоляції, якою є окислена його поверхня, і додатковий тензочутливий елемент, який виконано у вигляді стержня з монокристалу напівпровідника з кристалографічною орієнтацією [100], провідністю, що є протилежною до типу провідності основного тензочутливого елемента, з шаром ізоляції, якою є окислена його поверхня, розміщений паралельно основному тензочутливому елементу, і вимірювач температури, який включено в електричне коло з послідовно включених основного і додаткового тензочутливих елементів [А.с. СССР №1375945, кл. G 01В 7/18, 1986]. Недоліком такого пристрою є недостатня його чутливість до змін деформації і температури. В основу корисної моделі поставлено задачу створення пристрою для вимірювання градієнтів деформації і температури, в якому за рахунок введення нових елементів та зв'язків досягається збільшення точності вимірювання температур за рахунок розширення діапазону робочих температур та розширення функціональних можливостей. Поставлена задача досягається тим, що в пристрій для вимірювання градієнтів деформації і температури, який містить основний тензочутливий елемент, який виконано у вигляді стержня з монокристалу напівпровідника з кристалографічною орієнтацією [111] і з шаром ізоляції, якою є окислена його поверхня, і додатковий тензочутливий елемент, який виконано у вигляді стержня з монокристалу напівпровідника з кристалографічною орієнтацією [100], провідністю, що є протилежною до типу провідності основного тензочутливого елемента, з шаром ізоляції, якою є окислена його поверхня, розміщений паралельно основному тензочутливому елементу, і вимірювач температури, який включено в електричне коло з послідовно включених основного і додаткового тензочутливих елементів, вимірювач температури містить резистор, біполярний та польовий транзистори, індуктивність, ємність і два джерела постійної напруги, причому перший полюс першого джерела постійної напруги підключений до бази біполярного транзистора, емітер якого з'єднаний з витоком І підкладкою польового транзистора, а колектор через резистор з'єднаний із затвором польового транзистора, першим виводом індуктивності, до якого підключена перша вихідна клема, при цьому другий вивід індуктивності підключений до першого виводу ємності І першого полюсу другого джерела постійної напруги, а другий полюс підключений до другого виводу ємності, і другого полюса першого джерела постійної напруги, які утворюють загальну шину, до якої підключена друга вихідна клема пристрою. На кресленні подано схему запропонованого пристрою для вимірювання градієнтів деформації і температури. (Фіг.) Пристрій для вимірювання градієнтів деформації і температури складається з основного тензочутливого елементу 1 довжиною lр в вигляді стержня з монокристалу напівпровідника р-типу, наприклад, ниткоподібного кристалу кремнію з кристалографічною орієнтацією [111], і з додаткового тензочутливого елемента 2 довжиною ln у вигляді стержня з монокристалу напівпровідника n-типу, наприклад, ниткоподібного кристалу кремнію з кристалографічною орієнтацією [100], де в якості ізоляції 3 використовується окис кремнію, а також з вимірювача температури, в складі якого резистор 8, через який до вимірювача температури підключаються струмовиводи 5 і 7, а струмовиводи 4 i 6 з'єднуються разом, перший вивід резистора 8 з'єднаний з колектором біполярного транзистора 10 і першим виводом індуктивності 11, а другий вивід з'єднаний з затвором польового транзистора 9, стік якого з'єднаний з першим джерелом постійної напруги 12, що з'єднане з базою біполярного транзистора 10, емітер якого з'єднаний з витоком польовоготранзистора 9. Другий вивід індуктивності 11 з'єднаний з ємністю 13, паралельно до якої підключено друге джерело постійної напруги 14. Вимірювач напруги містить електричне коло з послідовно з'єднаних основного 1 і додаткового 2 тензочутливих елементів, параметри яких вибирають із співвідношень: Кр>0, Кn>0; (1) Sp Sn lp = = K p × rp K n × rn K n × rn (2) ; (3) ; де rр, rn - питомий опір тензочутливого елемента; Кр, Кn - коефіцієнти чутливості; lp, ln - довжини; Sp, Sn - площі поперечних перетинів. Пристрій для вимірювання градієнтів деформації і температури працює наступним чином. Пристрій для вимірювання градієнтів деформації і температури встановлюють на деталь, температура чи тензовластивості якої вимірюють, наприклад, наклеюється. Для вимірювання градієнта деформації основного 1 і додаткового 2 тензочутливих елементів через струмовиводи 4, 5 i 6, 7 під'єднуються до вимірювачів деформації. В якості ізоляції 3 використовується окис кремнію. Для вимірювання температури струмовиводи 4 і 6 з'єднуються разом, а струмовиводи 5 і 7 підключаються до вимірювача температури через резистор 8. При деформації деталі, ln K p × rp наприклад, розтягування, опір тензочутливого елемента 1 p-типу збільшується, а тензочутливого елемента 2 nтипу - зменшується. Якщо виконуються співвідношення (1) - (3) для параметрів тензочутливих елементів 1 і 2, таких як питомий опір, геометричні розміри і коефіцієнти чутливості опір послідовно з'єднаних тензочутливих елементів не залежить від деформації. Опір напівпровідників сильно залежить від температури, а тому опір послідовно з'єднаних тензочутливих елементів при виконанні співвідношень (1) - (3) буде тільки функцією температури, а не деформації. Зміна температури змінить параметри тензочутливих елементів, а, значить, і падіння напруги на резисторі 8. Підвищенням напруги джерел постійної напруги 12 і 14 до величини, коли на електродах колектор-стiк біполярного транзистора 10 і польового транзистора 9 виникає від'ємний опір, який приводить до виникнення електричних коливань в контурі, утвореного паралельним включенням повного опору з ємнісним характером на електродах колектор-стік біполярного транзистора 10 і польового транзистора 9 та індуктивним опором індуктивності 11. Ємність 13 запобігає проходженню змінного струму через друге джерело постійної напруги 14. Зміна напруги на резисторі 8 приводить до зміни ємнісної складової повного опору на електродах колектор - стік біполярного транзистора 10 і польового транзистора 9, а це викликає зміну резонансної частоти коливального контуру. Знаючи залежність коефіцієнтів чутливості тензочутливих елементів від температури і змінюючи температуру об'єкта, проводять вимірювання деформації об'єкту з високою точністю. Використання запропонованого пристрою для вимірювання градієнтів деформації і температури суттєво підвищує точність виміру градієнтів деформації і температури, а також збільшує діапазон робочих температур.