Тензодатчик динамічної деформації

Тензодатчик динамічної деформації, що містить чутливий елемент з ниткоподібного напівпро 43094 Датчик містить чутливий елемент 1 з ниткоподібного монокристалу кремнію р-типу, діаметром 20-100 мкм, легованого В і Аu з питомим опором 0,02 Ом×см, кінцеві точкові контакти 2 та 4 і проміжковий контакт 3, які з'єднані зі струмовиводами 5 з джерелом живлення 7 та вимірювальним приладом 8. Чутливий елемент 1 закріплений на пружному елементі 6. У випадку пружного елемента у вигляді мембрани, ЧЕ закріплюється в її середній частині. Джерело постійного стабілізованого струму 7 забезпечує стр ум розігріву (Ір) частини ЧЕ між контактами 2-3, а мілівольтметр 8 вимірює спад термоЕРС, що виникає між контактами 3-4 (Ua). Датчик працює наступним чином. Розігрів коротшої частини ЧЕ 2-3 призводить до появи градієнта температури вздовж ниткоподібного кристалу і між контактами виникає термоЕРС. Динамічна деформація поверхні пружного елемента 6 передається до ЧЕ з ниткоподібного кристалу кремнію, який легований В та Аи з питомим опором 0,02 Ом×см та діаметром 20 мкм. Динамічна деформація ниткоподібного кристалу викликає залежність термоЕРС від амплітуди динамічної деформації. Градуювання датчика проводять наступним чином. З'єднують вимірювальну схему згідно фіг. 1. Пружний елемент 6, разом з чутливим елементом 1, приводять у коливання за допомогою регульованого електромеханічного вібратора, який під'єднаний до звукового генератора ГЗ-117. У якості джерела стабілізованого струму розігріву 7 використовували прилад Б5-44А, як вимірювальний мілівольтметр - цифровий прилад В7-16А Визначають градуювальну характеристику, тобто залежність зміни напруги між контактами 3-4 ЧЕ 1 від амплітуди динамічної деформації А, яку задавали зміною вихідної напруги генератора (U/U0). Така характеристика для струмів розігріву Ір=60, 70, 88 мА наведена на фіг. 2, відповідно криві 1, 2 та 3. Користуючись такою функціональною залежністю, можемо визначити амплітуду динамічної деформації (у відповідних одиницях). При пружному елементі і у вигляді круглої мембрани з діаметром D=40 мм, товщиною 0,2 мм та матеріалі пружного елемента зі сталі 18НХТЮ, максимальне значення амплідуди динамічної деформації дорівнювало 1,57х10-3 відн. одиниць. Принцип роботи датчика грунтується на залежності термоЕРС у кремнію р-типу провідності від динамічної деформації, тобто на сумі дій п'єзоефекту та ефекту термоЕРС. Як було встановлено, в кремнії р-типу провідності під впливом деформації відбуваються значні зміни ізоенергетичних поверхонь та густин станів як легких, так і важких дірок, що, у свою чергу, зумовлює нелінійну залежність енергії Фермі в кристалі кремнію р-типу провідності від рівня деформації. Така залежність містить, в основному, парні члени відносно деформації. Це призводить до значної залежності термоЕРС від динамічної деформації у кремнії р-типу провідності від динамічної деформації. Для цього коротша (розігрівна) частина ниткоподібного монокристалу розігрівається постійним стабілізованим струмом Ір, а спад напруги між проміжним і більш віддаленим контактами Ua (вимірювальна частина) є функцією амплітуди динамічної деформації, яку задає пружний елемент. Згадане відношення частин ЧЕ 1:3 і більше - зменшує теплові втрати і збільшує чутливість датчика. Напрямок струму розігріву Ір відповідає від’ємній полярності термоЕРС на проміжному струмовому контакті 3, а його величина може бути оптимізована грунтуючись на попередньо визначеній функціональній залежності Ua=f(Ip) при відсутності динамічної деформації. Фіг. 1 2 43094 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3