Полупроводниковый датчик давления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ц 46011 9/О КОМИТЕТ СССРЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫПО ДЕЛАМ ИЗОБ фя 6ю)1 д,"д ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ИДЕТЕЛЬСТВУ ОРСКОМ 10ико-технически узнецова при университете П. Вяткин С. Щеголь льство СССР9/06, 1980.542, кл. Н 01 1. 1/00,(54) ПОЛУПРОВОДНДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение отнной технике. Цель из ВЫЙ ДАТЧИК ситсябретен из ь- и(21) 4145340/24-10(56) Авторское свидете712703, кл. 6 01 1.Патент США36861972. ЯО 1381350 А 1 рение 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 отраженная волна имеет меньшую амплитуду по сравнению с падающей. 3 ил.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,51015 полупроводниковый элемент 4, припаянныйоснованием к днищу углублния на игле исоединенный с изолированным электродомэлектровыводом 5, жесткий эпоксидный компаунд 6, заполняющий углубление на поверхности 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 частикристаллодержателя 3, а оплеткой 11 - кизолированному электроду 2 электрическийкабель 12 с наружной изоляцией 13,В качестве полупроводникового чувствительного элемента использован эпитаксиальный туннельный р - п-переход из арсенидагаллия. Кристаллодержатель изготовлен избериллиевой бронзы БрБ - 2 и имеет диаметр 1 мм, высоту 15 мм. Электровывод 5выполнен из серебряной проволочки диамет ром 30 мкм. Спиралевидное выполнениеэлектровывода существенно повышает егопрочность на разрыв при прохождении удар,ных волн по эластичному компаунду. Жесткий эпоксидный компаунд полимеризован изэпоксидной смолы ЭД - 5 с дефеновым ангидридом в качестве наполнителя при+200 С в вакууме. Эластичный компаунд 40изготовлен из пол иуретанового лакаУР 1112 с применением отвердителя Реыподцг Н 1., дающего сверхэластичную железообразную массу, обладающую хорошей адгезией к поверхности корпуса, Гаситель 8 45ударных 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 днища корпуса. Антивибрационный кабель 12соединяет датчик с вторичной измерительной аппаратурой, которая содержит генератор постоянного тока, смещающий туннельный р - п-переход в обратном направлении, блок баланса напряжения смещения 55на указанном р - и-переходе в отсутствиидавления, 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 изобретенияПолупроводниковый 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 электро- вывод, соединяющий полупроводниковый тензочувствительчый элемент с электродом, жесткий и эластичный органические компаунды, заполняющие полость корпуса, отличаюи 1 ийся 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.1381350А-А Ю 11 Ю13фиг, ЯСоставитель А. Соколовский Редактор Е. Конца Техред И. Верес Корректор М. Максимишинец Заказ 838/37 Тираж 847 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфицеское предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4