Способ определения деформаций и температуры

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для автономного и дистанционного определения деформаций и температуры первичных преобразователей механических величин на основе нитевидных кристаллов (НК) полупроводников. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона дистанционных автоматизированных измерений путем учета структурных изменений в монокристалле. Для этого в процессе градуировки и измерений на объекте контролируют внутреннее трение в монокристалле, с учетом величины которого и определяют деформации и температуру. Контроль достоверности осуществляется автономно при использовании дистанционной передачи информации и микроэвм. Изобретение может найти применение в медицине, метеорологии, вулканологии и других областях науки и техники, где требуются прецизионные измерения. 2 ил.слс

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s3)s G 01 В 7/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4735461/28 (22) 11.07.89 (46) 23,02.92. Бюл, ¹ 7 (71) Воронежский политехнический институт (72) А.П.Ермаков, А.И,Дрожжин, И.Л.Батаронов и С,А.Антипов (53) 531.781.2(088.8) (56) Клокова Н,П. Тенэодатчики для измерений при повышенных температурах. — M.:

Машиностроение, 1965. с. 90-91.

Седых Н.K. и др. Измерение деформации и температуры тенэорезисторами на основе НК кремния. Воронеж, 1988, с.1 — 19. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ И ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для автономного и дистанционного определеИзобретение относится к измерительной технике и мажет быть применено для автономного и дистанционного определения деформации и температуры первичных преобразователей механических величин на основе нитевидных монокристаллов (НК) полупроводников.

Известен способ измерения деформаций при переменных температурах проволочными тензодатчиками. Температурное приращение сопротивления исключается за счет введения соответствующей поправки, определяемой по предварительно изученной кривой температурного приращения сопротивления данной партии датчиков. Для этого в процессе измерения деформаций измеряется также и температура тензодат. Ж„„1714337 А1 ния деформаций и температуры первичных преобразователей механических величин на основе нитевидных кристаллов (НК) полупроводников. Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона дистанционных автоматизированных измерений путем учета структурных изменений в монокристалле, Для этого в процессе градуировки и измерений на объекте контролируют внутреннее трение в монокристалле, с учетом величины которого и определяют деформации и температуру. Контроль достоверности осуществляется автономно при использовании дистанционной передачи информации и микроЭВМ. Изобретение может найти применение в медицине, метеорологии, вулканологии и других областях науки и техники, где требуются прецизионные измерения, 2 ил, чика, обычно термопарами или термометрами сопротивления. Однако при известном способе точность определения деформаций и температур относительно невелика.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения деформаций и температур первичных преобразователей на основе НК кремния. В известном способе контролируемые физические параметры регистрируются методом электросопротивления по разбалансу мостовой схемы, в смежные плечи которой включаются первичные преобразователи на основе НК. Последние жестко механически закрепляются и электрически изолируются на объекте. Используются НК кремния р- и и-типа проводимостей с ориен1714337 тацией осей роста <111> и <110> В и соответственно.

Предварительно определяют градуировочные зависимости электрического сопротивления нитевидного полупроводникового 5 монокристалла от деформации и температуры, закрепляют монокристалл на объекте измерений и в процессе работы объекта измеряют его электросопротивление, по которому с учетом градуировочных зааисимос- 10 тей определяют деформации и температуру объекта.

Однако точность независимого определения деформаций и температуры существенно снижается в условиях протекания 15 необратимой пластической деформации а

НК.

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона дистанционных автоматизированных иэмере- 20 ний путем учета структурных изменений а монокристалле.

Поставленная цель достигается тем, что а процессе градуировки и а процессе измерений контролируют внутреннее трение мо- 25 нокристалла, с учетом величины которого и определяют деформации и температуру объекта, НК полупроводников, например кремния и германия, имеют высокое совершенство кристаллической структуры и проч- 30 ность, приближающуюся к нижнему пределу теоретически рассчитанной прочности твердого тела, НК в исходном состоянии являются бездислокационными.

Нитевидные кристаллы полупроводни- 35 ков способны выдерживать деформации

1, а необратимые изменения, вызванные пластической деформацией, наступают при Е > (0,2 — 0,3) . Пластическое течение

НК приводит к изменению электросопро- 40 тивления и отрицательным образом сказывается на погрешности измерений контролируемого физического параметра, Граница перехода из упругой области в область микропластичности зависит от многих 45 технологических параметроа, и в частности, от условий нагружения НК. Зафиксировать эту грань только лишь методом электросопротивления практически невозможно. Ре.ально это можно осуществить только 50 совокупным использованием высокочувстаительного метода внутреннего трения и метода электросопротиаления.

На фиг,1 и 2 приведены нормированные завимости внутреннего трения и электро- 55 сопротивления от величины деформации, протекающей по нитевидному монокристаллу полупроводника.

На фиг.1 и 2 введены следующие обозначения: — упругая область: 1! — область микропластичности; Eypp — упругая дефор мация; 0, Rp — исходные значения внут-1 реннего трения 0 и электросопротивления

R при 300 К: hR — изменение исходнбго значения электросопротиаления Rp а упругой области деформации Е; hR1 — изменение электросопротивления R в области микропластичности: h0 — изменение исходного значения внутреннего трения 0 в области

-1 микропластичности.

В упругой области деформаций величина внутреннего трения постоянна, а электросопротивление монотонно возрастает.

При переходе а область микропластичности наблюдается нелинейный рост внутреннего трения и злектросопротивления, который объясняется ухудшением кристаллической структуры а приповерхностном слое НК.

Способ осуществляют следующим образом.

Иэ ростовой партии отбирают два ирентичных НК, например НК длиной 10 м. и

-2 делят пополам, один иэ которых служит эталонным, другой — измерительным. По эталонному НК опоеделяют семейство характеристик 0r =f(E), 0E =f(T), R =f(E), Rp=-1(T), где 0 —; Е—

-1 деформация; R — электросопротивление; Т— температура.

Совместным анализом на ЭВМ (типа

"Электроника" ) определяют тарировочную зависимость (таблица), которая заносится в память Э В М; Иэмерител ьн ый Н К закрепляютя-. ют на объекте, обеспечивают электрический контакт с измерительной аппаратурой, Информацию. поступающую с измерительного

НК, постоянно сравнивают с тарироаочной зависимостью (таблицей), полученной на эталонном НК, В процессе градуировки и в процессе измерений на объекте контролируют внутреннее трение монокристалла, с учетом величины которого и определяют деформации и температуру обьекта. При составлении градуировочной зависимости (таблицы) учитывают, что а упругой области деформаций величина внутреннего трения постоянна, а злектросопротиаление монотонно возрастает. При переходе в область микропластичности наблюдается нелинейный рост внутреннего трения и электросопротивления, который объясняется ухудшением кристаллической структуры в приповерхностном слое НК, Внутреннее трение регистрируют, используя известные методики (низкочастотную или высокочастотную).

Наличие необратимых пластических изменений в монокристалле характеризуется началом возрастания внутреннего трения, 1714337 я.иг.2

Составитель А. Ермаков

Редактор И.Ванюшкина Техред M.Mîðãåíòàë Корректор С.Шевкун

Заказ 681 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 например, 0 > 2 10 . Последнее может быть зарегистрировано как при использовании НЧ, так и ВЧ методик, которые сопоставимы по показаниям внутреннего трения, но существенно различаются по технике ис- 5 полнения.

Повышение точности, например при измерении деформации в условиях протекания пластической деформации 10 (Е 0,5- 0,6 ), обеспечивается снижением ошибки измерений с 10 в известном до 0,01) в изобретении. Последнее достигается комплексом мер описанных ранее. 15

Изобретение при дистанционной передаче информации эффективно в полевых и др. жестких и автономных условиях эксплуатации {вулканология, геология, метеороло- 20 гия, океанология и др.).

Формула изобретения

Способ определения деформаций и температуры, заключающийся в там, что предварительно определяют градуировочные зависимости электрического сопротивления нитевидного полупроводникового монокристалла от деформаций и температуры, закрепляют монокристалл на объекте измерений и в процессе работы объекта измеряют его электросопротивление, по которому, с учетом градуировочных зависимостей, определяют деформации и температуру объекта,отличающийся тем,что,сцелью повышения точности и расширения диапазона дистанционных автоматизированных измерений путем учета структурных изменений в монокристалле, и в процессе градуировки, и в процессе измерений на объекте контролируют внутреннее трение в монокристалле, с учетом величины которого и определяют деформации и температуру объекта.