Полупроводниковый датчик давления

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - расширение амплитудного диапазона при измерении давлений ударных волн. Ударная волна, распространяющаяся в среде измерения, через отверстие корпуса проникает в полость корпуса и движется по эластичному компаунду . При подходе фронта ударной волны к острию кристаллодержателя происходит ее рассечение коническими участками поверхности острия на обтекающие иглу потоки. Всестороннее сжатие туннельного р-п-перехода вызывает возрастание напряжения смещения в нем, в результате чего на выходе измерительной аппаратуры возникает электрический сигнал, пропорциональный давлению в ударной волне. Последняя движется к основанию иглы, достигает гасителя и рассеивается на нем так, что отраженная волна имеет меньщую амплитуду по сравнению с падающей. 3 ил. с (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1381350 А1 (su 4 G 01 1 9/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1Ъ1

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4145340/24-10 (22) 10.07.86 (46) 15.03.88. Бюл. № 10 (71) Сибирский физико-технический институт им. В. Д. Кузнецова при Томском государственном университете им. В. В. Куйбышева (72) А. Н. Афоничев, А. П. Вяткин, Н . П. Криворотов и С. С. Щеголь (53) 531.787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 712703, кл. G 01 1 9/06, 1980.

Патент С ША № 3686542, кл. Н 01 1 11/00, 1972. (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК

ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения — расширение амплитудного диапазона при измерении давлений ударных волн. Ударная волна, распространяющаяся в среде измерения, через отверстие корпуса проникает в полость корпуса и движется по эластичному компаунду. При подходе фронта ударной волны к острию кристаллодержателя происходит ее рассечение коническими участками поверхности острия на обтекающие иглу потоки.

Всестороннее сжатие туннельного р — и-перехода вызывает возрастание напряжения смещения в нем, в результате чего на выходе измерительной аппаратуры возникает электрический сигнал, пропорциональный давлению в ударной волне. Последняя движется к основанию иглы, достигает гасителя и рассеивается на нем так, что отражен- а ная волна имеет меньшую амплитуду по сравнению с падающей. 3 ил.

1381350

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения переменных, импульсных давлений и давлений ударных волн в жидкостях и газах.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый полупроводниковый датчик давления; на фиг. 2 — сечение А — А на фиг. 1; на фиг. 3 — сечение Б — Б на фиг. 1.

Цель изобретения — расширение амплитудного диапазона при измерении давлений ударных волн.

Полупроводниковый датчик давления содержит керамический корпус 1 с изолированным электродом 2, металлический кристаллодержатель 3 с углублением на боковой поверхности, жестко скрепленный с корпусом, 5

15 полупроводниковый элемент 4, припаянный основанием к днищу углублния на игле и соединенный с изолированным электродом электровыводом 5, жесткий эпоксидный компаунд 6, заполняющий углубление на поверх- 20 ности иглы, эластичный полиуретановый компаунд 7, заполняющий полость корпуса, гаситель 8 ударных волн и скрепленный с корпусом датчика эпоксидным клеем 9, припаянный центральной жилой 10 к тыльной части кристаллодержателя 3, а оплеткой 11 — к изолированному электроду 2 электрический кабель 12 с наружной изоляцией 13.

В качестве полупроводникового чувствительного элемента использован эпитаксиальный туннельный р — п-переход из арсенида галлия. Кристаллодержатель изготовлен из бериллиевой бронзы БрБ — 2 и имеет диаметр 1 мм, высоту 15 мм. Электровывод 5 выполнен из серебряной проволочки диамет ром 30 мкм. Спиралевидное выполнение

1 электровывода существенно повышает его прочность на разрыв при прохождении удар,ных волн по эластичному компаунду. Жесткий эпоксидный компаунд полимеризован из ,. эпоксидной смолы ЭД вЂ” 5 с дефеновым ангидридом в качестве наполнителя при +200 С в вакууме. Эластичный компаунд 40 изготовлен из полиуретанового лака

УР1112 с применением отвердителя Pesmodur HL, дающего сверхэластичную железообразную массу, обладающую хорошей адгезией к поверхности корпуса. Гаситель 8 45 ударных волн представляет собой 7 — 10 слоев тонкой медной сетки (диаметр образующей сетки 7 мкм, размер ячейки 20 мкм), чередующихся слоями полых формальдегидных микросфер (диаметр сферы — 100 мкм), погруженных в эластичный компаунд у дни- 50 ща корпуса. Антивибрационный кабель 12 соединяет датчик с вторичной измерительной аппаратурой, которая содержит генератор постоянного тока, смещающий туннельный р — п-переход в обратном направлении, блок баланса напряжения смещения 55 на указанном р — и-переходе в отсутствии давления, усилитель напряжения разбаланса, возникающего на р — п-переходе при давлении на него.

Датчик давления в режиме измерения ударных волн работет следующим образом.

Ударная волна, распространяющаяся в среде измерения, через отверстие корпуса проникает в полость корпуса и движется по эластичному компаунду. При подходе фронта ударной волны к острию кристаллодержателя происходит рассечение ударной волны коническими участками поверхности острия на обтекающие иглу потоки.

Поскольку направление дальнейшего распространения ударной волны близко к оси кристаллодержателя, ударная волна почти без искажений движется после рассечения вдоль боковой цилиндрической поверхности иг.пы к ее основанию. Из-за существенно большей жесткости кристаллодержателя и эпоксидного компаунда по сравнению с полиуретановым компаундом поверхность кристаллодержателя сжимается только боковой компонентой давления ударной волны.

Из-за существенно меньшей жесткости эпоксидного компаунда по сравнению с материалом кристаллодержателя и полупроводникового кристалла полупроводниковый элемент испытывает со стороны эпоксидного компаунда в момент прохождения ударной вопны мимо углубления фактически всестороннее сжатие. Всестороннее сжатие туннельного р — п-перехода вызывает возрастание напряжения смещения на нем, в результате чего на выходе вторичной измерительной аппаратуры возникает электрический сигнал, пропорциональный давлению в ударной волне. Ударная волна после прохождения мимо полупроводникового элемента движется далее к основанию иглы, достигает гасителя 8 и рассеивается на нем так, что отраженная волна имеет существенно меньшую амплитуду по сравнению с падающей.

Формула изобретения

Полупроводниковый датчик давления, содержащий жесткий полый корпус с отверстием и изолированным электродом, кристаллодержатель, жестко связанный с корпусом, полупроводниковый тензочу вствитель ный элемент, закрепленный в полости корпуса на кристаллодержателе, гибкии электровывод, соединяющий полупроводниковый тензочувствительчый элемент с электродом, жесткий и эластичный органические компаунды, заполняющие полость корпуса, отлинаюи1ийся тем, что, с целью расширения амплитудного диапазона при измерении давлений ударных волн, в нем кристаллодержатель выполнен в виде иглы с углублением на ее боковой поверхности, расположенной в полости корпуса аксиально и острием к отверстию, причем тензочувствительный элемент размещен на игле в углублении, которое заполнено жестким компаундом до уровня цилиндрической боковой поверхности иглы, а остальная часть полости корпуса заполнена эластичным компаундом.

А-4

11

13

73

Составитель А. Соколовский

Редактор Е. Конча Техред И. Верес Корректор М. Максимишинец

Заказ 838/37 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4