DE1143649B

DE1143649B - Device for measuring forces and accelerations with piezo resistance elements

Info

Publication number: DE1143649B
Application number: DEW27788A
Authority: DE
Inventors: Warren Perry Mason
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1959-05-19
Filing date: 1960-05-05
Publication date: 1963-02-14

Description

Vorrichtung zum Messen von Kräften und Beschleunigungen mit Piezo-Widerstandselementen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Kräften und Beschleunigungen mit Piezo-Widerstandselementen, die an einem Ende fest eingespannt sind und am anderen Ende von der Meßgröße beaufschlagt werden, wobei mindestens zwei gleiche Elemente in die Zweige einer Wheatstoneschen Brücke gelegt sind. Device for measuring forces and accelerations with piezo resistance elements The invention relates to a device for measuring forces and accelerations with piezo resistance elements, which are firmly clamped at one end and at the other End of the measured variable are applied, with at least two identical elements are placed in the branches of a Wheatstone bridge.

Solche Vorrichtungen sind bekannt. Sie wurden insbesondere zur Messung von statischen oder sich nur langsam ändernden Kräften empfohlen. Such devices are known. They were specifically designed for measurement recommended by static or slowly changing forces.

Wenn auch gezeigt worden ist, daß Kraft- und Beschleunigungsmesser mit Piezo-Widerstandselementen achtzig bis hundertfünfzigmal empfindlicher als bekannte Einrichtungen mit metallischen Dehnungsmeßelementen sind, war die praktische Anwendung der neueren Einrichtungen bisher begrenzt, weil sich herausgestellt hat, daß die in bekannten Anordnungen verwendeten Piezo-Widerstandselemente bei Temperaturänderungen größeren Änderungen der Kräfteempfindlichkeit als die bekannten Elemente unterliegen. Albeit that force and accelerometer has been shown with piezo resistance elements eighty to one hundred and fifty times more sensitive than known ones Devices with metallic strain gauges were the practical application of the newer facilities so far limited because it has been found that the Piezo resistance elements used in known arrangements in the event of temperature changes subject to greater changes in force sensitivity than the known elements.

Die Tatsache, daß das bekannte Piezo-Widerstandsmaterial einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, ist bekannt. The fact that the known piezo resistance material has a negative Has temperature coefficients is known.

Es ist auch bereits eine Temperaturkompensation bei herkömmlichen Dehnungsmeßstreifengebern bekannt, deren Empfindlichkeit sich mit der Temperatur kaum ändert. Dabei soll der Temperatureinfluß auf den Anzeigewert für eine gegebene Belastung und eine gegebene Temperatur durch Verwendung sogenannter Blindstreifen ausgeglichen werden, deren Widerstand sich mit der Temperatur ändert, die aber keiner Belastung unterliegt. There is already a temperature compensation with conventional ones Strain gauges known whose sensitivity varies with temperature hardly changes. The temperature influence on the display value for a given Load and a given temperature by using so-called blind strips whose resistance changes with temperature, but none Subject to load.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Empfindlichkeitsänderungen herabzusetzen, die durch Temperaturänderungen von Anordnungen der eingangs genannten Art entstehen und gleichzeitig einen großen Teil der erhöhten Empfindlichkeit der Piezo-Widerstandselemente auf Anderungen der Meßgröße beizubehalten, der sie unterworfen werden. It is the object of the invention to reduce the changes in sensitivity, caused by temperature changes in arrangements of the type mentioned above and at the same time a large part of the increased sensitivity of the piezo resistance elements to maintain changes in the measurand to which they are subjected.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß einmal dadurch gelöst, daß dem in der Brückendiagonalen liegenden Spannungsmesser ein Widerstand parallel geschaltet ist, dessen Wert sich direkt proportional mit der absoluten Temperatur ändert. Dadurch wird die wirksame Empfindlichkeit des Spannungsmessers geändert, und es werden solche Spannungsänderungen an der genannten Brückendiagonalen kompensiert, die auf Grund von Empfindlichkeitsänderungen der Piezo-Widerstandselemente bei Temperaturänderungen entstehen. Dabei werden die Piezo-Widerstandselemente von der Meßgröße so belastet, daß minde- stens eines auf Druck und mindestens eines auf Zug beansprucht wird. Die Empfindlichkeit gegenüber der Meßgröße ist bei einer derart kompensierten Vorrichtung größer als die Empfindlichkeit bekannter Vorrichtungen mit metallischen Dehnungsmeßelementen. According to the invention, this object is achieved once in that the A resistor is connected in parallel with a voltmeter located in the diagonal of the bridge whose value changes in direct proportion to the absolute temperature. Through this the effective sensitivity of the voltmeter is changed and will be Changes in tension on the aforementioned bridge diagonal compensated for the reason of changes in the sensitivity of the piezo resistance elements in the event of temperature changes develop. The piezo resistance elements are loaded by the measurand in such a way that that min- at least one is stressed on compression and at least one on train. the Sensitivity to the measured variable is in such a compensated device greater than the sensitivity of known devices with metallic strain gauges.

Eine weitere Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß das Material der Piezo-Widerstandselemente aus Germanium bzw. Silizium mit bestimmten Beimengungen anderer Elemente hergestellt wird. Solche Materialien bewirken eine minimale Änderung des Widerstandswertes der Meßelemente bei Temperaturänderungen. According to the invention, a further solution to the problem is that the material of the piezo resistance elements made of germanium or silicon with certain Admixtures of other elements is produced. Such materials cause a minimal change in the resistance value of the measuring elements with temperature changes.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert. The invention is explained on the basis of exemplary embodiments.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an einer Vorrichtung mit zwei Piezo-Widerstandselementen; Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an einer Vorrichtung mit vier Elementen aus Piezo-Widerstandsmaterial; Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an einer Vorrichtung, die in erster Linie zur Verwendung als Beschleunigungsmesser gedacht ist; Fig. 4 zeigt ein elektrisches Schema der Gesamtschaltung der Erfindung, welche die in den Anordnungen der vorherigen Figuren enthaltene Schaltung darstellt; Fig. 5 besteht aus Kurven, welche das erfindungsgemäße Temperaturkompensationsverfahren erläutern. Fig. 1 shows an embodiment of the invention on a device with two piezo resistance elements; Fig. 2 shows an embodiment of the invention on a device with four elements made of piezo-resistive material; Fig. 3 shows an embodiment of the invention on a device that is primarily is intended for use as an accelerometer; Fig. 4 shows an electrical Scheme of the overall circuit of the invention, which includes those in the arrangements the represents circuit included in previous figures; Fig. 5 consists of curves which explain the temperature compensation method according to the invention.

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Einzelteile mit entsprechenden Bezugszahlen versehen. In the different figures, the same items are with corresponding parts Provided reference numbers.

In Fig. 1 sind zwei gleiche Streifen 11 und 12 aus einem Piezo-Widerstandsmaterial z. B. durch ein Epoxydharz mit den entgegengesetzten Seiten eines Streifens 13 aus elastischem nichtleitendem Material, wie Polystyrol, fest verkittet, so daß die Streifen 11 und 12 elektrisch gegeneinander isoliert sind. Andererseits kann der Streifen 13 auch aus einem leitenden elastischen Material, z. B. aus Stahl, Phosphorbronze, einer Legierung aus 36°/o Nickel, 64°/o Eisen od. dgl., bestehen, vorausgesetzt, daß die Streifen 11 und 12 aus halbleitendem Material gegen den Streifenl3 (und gegeneinander) isoliert sind. Wenn für den Streifen 13 Metall verwendet wird, ist die aus 360/o Nickel und 64°/o Eisen bestehende Legierung vorzuziehen, insofern, als sie im wesentlichen den gleichen Temperatur-Ausdebnungskoeffizienten wie Silizium und Germinium aufweist. Infolgedessen ist eine Beanspruchung der halbleitenden Elemente, die durch eine ungleiche Ausdehnung (oder Zusammenziehung) zwischen den Metallstreifen und den halbleitenden Elementen bei Temperaturänderungen entsteht, kein ernsthaftes Problem. Eine Kittschicht, welche jedes Piezo-Widerstandselement am Streifen 13 festhält, kann auch dazu dienen, das Element gegen den Streifen 13 zu isolieren, wenn dieser aus Metall besteht. In manchen Fällen hat es sich als ausreichend erwiesen, den Streifen 13 wegzulassen und die Streifen 11 und 12 durch eine Zwischenschicht aus isolierendem Kitt miteinander zu verkitten. In Fig. 1, two identical strips 11 and 12 are made of a piezo-resistive material z. B. by an epoxy resin with the opposite sides of a strip 13 from elastic non-conductive material, such as polystyrene, cemented firmly so that the Strips 11 and 12 are electrically isolated from one another. On the other hand, the Strip 13 also made of a conductive elastic material, e.g. B. made of steel, phosphor bronze, an alloy of 36% nickel, 64% iron or the like, provided that that the strips 11 and 12 of semiconducting material against the strip 13 (and against each other) are isolated. If metal is used for the strip 13, it is the alloy consisting of 360% nickel and 64% iron to be preferred, insofar as than they have essentially the same thermal expansion coefficient as silicon and germinium. As a result, there is a stress on the semiconducting elements, that by uneven expansion (or contraction) between the metal strips and the semiconducting elements arises when the temperature changes, nothing serious Problem. A layer of putty, which each piezo-resistive element on the strip 13 holds, can also serve to isolate the element from the strip 13, if it is made of metal. In some cases it has been found sufficient to omit the strip 13 and the strips 11 and 12 through an intermediate layer to cement together from insulating putty.

Das linke Ende der zusammengesetzten Anordnung 11, 12, 13 wird in einer Ausnehmung eines fest angeordneten starren Halteteils 10 gehalten, der z. B. aus Stahl bestehen kann. Da, wie aus Fig. 1 hervorgeht, die linken Enden der Piezo-Widerstandselemente 11 und 12 elektrisch miteinander verbunden sind -ihr Verbindungspunkt ist mit D bezeichnet -, brauchen sie in der Anordnung der Fig. 1 nicht gegen den Teil 10 isoliert zu sein. Wiederum kann ein Epoxydharzkitt verwendet werden, um das Ende des zusammengesetzten Teils 11, 12, 13 fest in der Ausnehmung des Halteteils 10 zu halten. The left end of the assembled assembly 11, 12, 13 is shown in FIG a recess of a fixed rigid holding part 10 held, the z. B. can be made of steel. Since, as can be seen from Fig. 1, the left ends of the Piezo resistance elements 11 and 12 are electrically connected to one another - their connection point is denoted by D - they do not need in the arrangement of FIG. 1 against the Part 10 being isolated. Again, an epoxy putty can be used to the end of the assembled part 11, 12, 13 firmly in the recess of the holding part 10 to keep.

Die rechten Enden der Piezo-Widerstandselemente 11 und 12 sind elektrisch mit den Klemmen und B verbunden, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Zwei ein stellt bare elektrische Widerstände 14 und 15 (Potentiometer) liegen in Reihe, wobei ihr Verbindungspunkt mit C bezeichnet ist. Diese Reihenkombination ist zwischen die obenerwähnten Klemmen und B geschaltet. Ein dritter Widerstand 16 liegt in Reihe mit einer elektrischen Spannungsquelle 17, wobei diese Kombination ebenfalls mit den KlemmenA und B verbunden ist. The right ends of the piezo resistance elements 11 and 12 are electrical connected to the terminals and B as shown in FIG. Two one sets bare electrical resistors 14 and 15 (potentiometer) are in series, with her Connection point is denoted by C. This series combination is between the terminals and B mentioned above. A third resistor 16 is in series with an electrical voltage source 17, this combination also with connected to terminals A and B.

Schließlich liegt ein vierter Widerstand 18 parallel mit einem Anzeigeinstrument 19, das z. B. ein Voltmeter oder bei vollkommeneren Anordnungen ein aufzeichnendes Anzeigeinstrument sein kann, wobei diese Parallelkombination zwischen den obenerwähnten Klemmen C und D liegt. Die Widerstände 14 und 15 sind vorzugsweise aus Konstantan oder einem anderen Widerstandsmaterial hergestellt, das bei Temperaturänderungen einen im wesentlichen konstanten Widerstandswert aufweist. Das gleiche gilt für die Widerstände 16 und 18, abgesehen von dem Fall, wo Widerstand 18 so bemessen ist, daß sich sein Widerstandswert in vorbestimmter Weise mit der Temperatur ändert, um Temperaturänderungen der Piezo-Widerstandselemente zu kompensieren, wie eingehender unten beschrieben wird. Finally, a fourth resistor 18 lies in parallel with a display instrument 19, the z. B. a voltmeter or in more perfect arrangements a recording Indicating instrument can be, this parallel combination between the above Terminals C and D. The resistors 14 and 15 are preferably made of constantan or another resistance material that reacts to changes in temperature has a substantially constant resistance value. The same goes for for the Resistors 16 and 18, except for the case where resistor 18 is dimensioned so that its resistance value changes in a predetermined manner with temperature, to compensate for temperature changes of the piezo resistance elements, as in more detail is described below.

Die Anordnung der Fig. 1 enthält die bekannte Wheatstonsche Brücke, mit den vier Klemmen, die mit A, B, C und D bezeichnet sind, wobei die Piezo-Widerstandselemente 10 und 11 zwei Zweige der Brücke und die Widerstände 14 und 15 die anderen zwei Zweige sind. An geeigneten Punkten an den Piezo-Widerstandselementen sind elektrische Anschlüsse vorgesehen. Der Pfeil 26 deutet an, daß eine Kraft, welche eine zu messende Beanspruchung oder Beschleunigung darstellt, nahe am rechten Ende des zusammengesetzten Teils 11, 12, 13 und senkrecht zu diesem ausgeübt wird. Diese Kraft sucht den zusammengesetzten Teil nach unten zu biegen, so daß die Elementell und 12 im entgegengesetzten Sinn beansprucht werden, d. h., das Element 11 kommt unter Zug und das Element 12 unter Druck. The arrangement of Fig. 1 contains the well-known Wheatstone bridge, with the four terminals, which are labeled A, B, C and D, the piezo-resistive elements 10 and 11 two branches of the bridge and resistors 14 and 15 the other two Branches are. At suitable points on the piezo resistance elements are electrical ones Connections provided. The arrow 26 indicates that a force which is to be measured Representing stress or acceleration, near the right end of the compound Part 11, 12, 13 and perpendicular to this is exercised. This force seeks the compound Bend part down so that the elementell and 12 in the opposite sense are claimed, d. That is, the element 11 comes under tension and the element 12 under Pressure.

Wenn keine biegende Kraft 26 auf dem zusammengesetzten Teil 11, 12, 13 ausgeübt wird, sind die einstellbaren Widerstände 14 und 15 so eingestellt, daß sich die Brücke im Gleichgewicht befindet, wobei die durch das Instrumentl9 angezeigte Ausgangsspannung Null ist. Wenn eine Kraft angelegt wird, wie sie durch den Pfeil 26 dargestellt ist, wird je nach dem speziellen Piezo-Widerstandsmaterial der Teile 11 und 12 der Widerstandswert eines dieser Teile erhöht und derjenige des anderen herabgesetzt, wie unten eingehender beschrieben wird. Die Brücke ist dann nicht mehr im Gleichgewicht, und es erscheint eine Anzeige am Instrument 19, welche die Größe der angelegten Kraft angibt. Die Differentialwirkung dieser Anordnung, die durch Verbinden der Teile 11 und 12 und durch Verbiegen der Kombination entsteht, derart, daß die Teilell und 12 im entgegengesetzten Sinn beansprucht werden, d. h. das eine auf Zug und das andere auf Druck, vergrößert selbstverständlich die Differenz zwischen den entsprechenden Widerstandswerten bei einer bestimmten Kraft und erzeugt eine entsprechend größere Gleichgewichtsstörung der Brückenschaltung und eine größere Anzeige an dem Instrument im Ausgangskreis. If there is no bending force 26 on the assembled part 11, 12, 13 is exercised, the adjustable resistors 14 and 15 are set so that the bridge is in equilibrium, the one indicated by the instrument 19 Output voltage is zero. When a force is applied, as indicated by the arrow 26 will vary depending on the particular piezo resistor material of the parts 11 and 12 the resistance of one of these parts increases and that of the other as described in more detail below. The bridge is then not more in equilibrium, and a display appears on the instrument 19 showing the Indicates the magnitude of the applied force. The differential effect of this arrangement, the by connecting parts 11 and 12 and bending the combination, such that parts 12 and 12 are claimed in the opposite sense, i.e. H. one on pull and the other on pressure, of course, increases the Difference between the corresponding resistance values at a given force and produces a correspondingly greater disruption of the balance of the bridge circuit and a larger display on the instrument in the output circuit.

Solange die Brücke im Gleichgewicht ist und keine Kraft 26 angelegt wird, bleibt die Brücke ohne Rücksicht auf Temperaturänderungen im Gleichgewicht, da die Widerstandswerte der beiden gleichen Piezo-Widerstandsteile 11 und 12 sich in gleicher Weise mit der Temperatur ändern (selbstverständlich unter der Annahme, daß etwaige Temperaturänderungen der Widerstände 14 undl5 gleich sind, so daß sie das Gleichgewicht der Brücke nicht stören). As long as the bridge is in equilibrium and no force 26 is applied the bridge remains in equilibrium regardless of temperature changes, because the resistance values of the two identical piezo resistor parts 11 and 12 are mutually exclusive change in the same way with temperature (assuming, of course, that any temperature changes of the resistors 14 and 15 are equal, so that they do not disturb the balance of the bridge).

Wenn jedoch eine Temperaturänderung auftritt und dann eine bestimmte Kraft 26 angelegt wird, unterscheidet sich der Grad der im Brückenkreis verursachten Gleichgewichtsstörung und die entsprechende Anzeige des Instruments 19 von denjenigen, die sich bei ungeänderter Temperatur und bei der gleichen vorbestimmten angelegten Kraft ergeben würden. Dies ist der Fall, weil sich der Widerstandswert der Piezo-Widerstandselemente für eine gegebene Kraft bekanntlich umgekehrt wie die absolute Temperatur D ändert. But when there is a change in temperature, and then a certain one Force 26 is applied, the degree of that caused in the bridge circle differs Balance disorder and the corresponding display of the instrument 19 by those who which are applied at unchanged temperature and at the same predetermined Strength would result. This is the case because the resistance value of the piezo resistance elements for a given force, as is well known, the opposite of how the absolute temperature D changes.

Es kann gezeigt werden, daß die Ausgangs spannung am Instrument 19 proportional der Änderung des Widerstands JR der Piezo-Widerstandselemente ist, wie es in der folgenden Gleichung ausgedrückt wird. wobei Eo die an die Brücke angelegte Spannung, V0 die Ausgangsspannung, i0 der Ausgangsstrom, R16 der Wert des Widerstands 16, R18 der Wert des Widerstands 18, R0 der Anfangswiderstandswert jedes Brückenelements bei einer »Normala-Temperatur To und JR die infolge der Kraft entstehende Widerstandsänderung jedes Piezo-Widerstandsbrückenelements ist. Unter der Annahme, daß alle anderen Elemente außer den Piezo-Widerstandselementen relativ konstant mit der Temperatur bleiben, nimmt also der Ausgangsstrom für jeden gegebenen Wert der angelegten Kraft im umgekehrten Verhältnis zur absoluten Temperatur ab, und zwar infolge der Änderungen des kraftempfindlichen Teils des Widerstandswerts der Piezo-Widerstandselemente mit der Temperatur.It can be shown that the output voltage on the instrument 19 is proportional to the change in the resistance JR of the piezo-resistive elements, as expressed in the following equation. where Eo is the voltage applied to the bridge, V0 the output voltage, i0 the output current, R16 the value of resistor 16, R18 the value of resistor 18, R0 the initial resistance value of each bridge element at a »normal temperature To and JR the resulting force Change in resistance of each piezo-resistive bridge element is. Assuming that all other elements except the piezo-resistive elements remain relatively constant with temperature, the output current for any given value of the applied force decreases in inverse proportion to the absolute temperature, due to the changes in the force-sensitive part of the resistance value of the Piezo resistance elements with temperature.

Die Änderungen der Ausgangsspannung mit der Temperatur können neutralisiert oder kompensiert werden, und zwar durch geeignete Anderungen des Widerstandswerts des Widerstands 18, derart, daß die Anzeige am Instrument 19 für eine vorbestimmte Kraft 26 sich in einem großen Temperaturbereich nicht wesentlich mit der Temperatur ändert. Es ist daher erforderlich, den Widerstand 18 aus einem Material herzustellen, dessen Widerstandswert sich mit der Temperatur im Verhältnis zur obenerwähnten Änderung des Ausgangs so ändert, daß die Anzeige am Instrument 19 ohne Rücksicht auf die Temperaturänderungen bei einer konstanten angelegten Kraft 26 konstant bleibt. The changes in output voltage with temperature can be neutralized or compensated by suitable changes in the resistance value of the resistor 18, such that the display on the instrument 19 for a predetermined Force 26 does not vary significantly with temperature over a wide temperature range changes. It is therefore necessary to manufacture the resistor 18 from a material its resistance value varies with temperature in relation to the change mentioned above of the output changes so that the display on the instrument 19 regardless of the Temperature changes at a constant applied force 26 remains constant.

Eine einfache und wirksame Anordnung besteht bereits darin, den Widerstandswert des Eingangswiderstands 16 groß im Verhältnis zu den Widerstandswerten der anderen Widerstände im Kreis zu machen (z. B. kann Ris zehn- bis hundertmal größer als die anderen Widerstände gemacht werden). Die Spannung der Quelle 17 kann dann entsprechend vergrößert werden, um die gleiche Ausgangsspannungsempfindlichkeit zu erhalten wie vorher (im Grunde ist dies die bekannte »konstante Stromquelle« für die Brücke). Dann kann gezeigt werden, daß die folgende Beziehung möglich ist, wobei deren Symbole im Zusammenhang mit der Beziehung (1) definiert wurden. A simple and effective arrangement is to make the resistance of the input resistor 16 large in relation to the resistance of the other resistors in the circuit (e.g. Ris can be made ten to a hundred times larger than the other resistors). The voltage of the source 17 can then be increased accordingly in order to obtain the same output voltage sensitivity as before (basically this is the well-known "constant current source" for the bridge). Then, it can be shown that the following relationship is possible with the symbols thereof defined in connection with the relationship (1).

Wie oben erwähnt wurde, kann der Widerstand R15 aus Konstanten oder einem anderen Material mit im wesentlichen konstantem Widerstandswert unabhängig von seiner Temperatur hergestellt sein. Wenn dies der Fall ist, muß der Wert (Ro + Rl8) im Verhältnis zur absoluten (Kelvin-) Temperatur erhöht werden, um die entsprechende Abnahme des Wertes zu kompensieren.As mentioned above, resistor R15 can be made of constants or some other material having a substantially constant resistance regardless of its temperature. If this is the case, the value (Ro + R18) must be increased in relation to the absolute (Kelvin) temperature by the corresponding decrease in the value to compensate.

Wenn man als spezielles Beispiel annimmt, daß in einem Temperaturbereich zwischen - 1000 C (173°Kel- vin) und + 1000 C (373° Kelvin) gearbeitet werden soll, ist das Temperaturverhältnis, bezogen auf die absolute 373 oder Kelvin-Temperatur, = 2,16. If one takes as a specific example that in a temperature range between - 1000 C (173 ° Kel- vin) and + 1000 C (373 ° Kelvin) should be used, is the temperature ratio, based on the absolute 373 or Kelvin temperature, = 2.16.

173 In jedem Standardhandbuch über Metalle kann man feststellen, daß in dem obigen Temperaturbereich der spezifische Widerstand der in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Metalle sich um die Verhältnisse ändert, die in der zweiten Spalte, d. h. dem entsprechenden Materialien aufgeführt sind. Die dritte Spalte der nachfolgenden Tabelle enthält das Verhältnis des spezifischen Widerstandes geteilt durch das obige Temperaturverhältnis, wobei dieser Wert ein Maß für die Änderung des spezifischen Widerstandes je Grad für das zugehörige Material darstellt. Verhältnis des Verhältnis des spezifischen Material spezifischen Widerstands- Widerstandes Temperatur- verhältnisses Aluminium... 2,52 1,17 Kupfer . . . . . . 2,52 1,17 Eisen ....... 2,81 1,3 Nickel . . . . . . 3,06 1,42 Zink ........ 2,76 1,28 Aus der obigen Tabelle ergibt sich, daß Nickel den größten Kompensationseffekt hervorbringt; ferner ist es auch für die Anwendung ein geeignetes Material.173 In every standard manual on metals one can find that in the above temperature range the specific resistance of the metals listed in the table below changes by the ratios listed in the second column, ie the corresponding materials. The third column of the table below contains the ratio of the specific resistance divided by the above temperature ratio, this value representing a measure of the change in specific resistance per degree for the associated material. Ratio of Ratio of the specific Material specific resistance Resistance temperature ratio Aluminum ... 2.52 1.17 Copper. . . . . . 2.52 1.17 Iron ....... 2.81 1.3 Nickel. . . . . . 3.06 1.42 Zinc ........ 2.76 1.28 The table above shows that nickel produces the greatest compensation effect; it is also a suitable material for the application.

Es sei jedoch bemerkt, daß es durchaus möglich ist, irgendein anderes der in der Tabelle angeführten Materialien zu verwenden.It should be noted, however, that it is entirely possible any other of the materials listed in the table.

Wenn man als Beispiel annimmt, daß Nickel verwendet werden soll und daß eine genaue Kompensation bei den äußersten Temperaturen des obigen Bereichs erzielt werden soll (d. h. bei 173° Kelvin und 373° Kelvin, wobei 273° Kelvin die Mitte des Temperaturbereichs darstellt), wenn der spezifische Widerstand von Nickel bei den äußeren Temperaturen des Bereichs 3,63 und 11,0 beträgt, und wenn man schließlich einen nominellen Brückenwiderstand von 100 Ohm annimmt, der durch die oben beschriebenen Mittel im wesentlichen konstant gehalten werden kann, erhält man die folgende Beziehung: wobei X der Faktor ist, mit dem der spezifische Widerstand bei irgendeiner besonderen Temperatur multipliziert werden soll, um den richtigen Widerstandswert von R18 bei dieser Temperatur zu erhalten, wenn dieser aus Nickel besteht. Durch Lösen der Gleichung nach X erhält man den Wert 36,4. Bei der mittleren absoluten Temperatur ist der Widerstandswert von Nickel 6,93, so daß R15 einen Widerstandswert von 36,4 6,93 oder 252 Ohm haben soll, wenn der Widerstand aus Nickel besteht. Es ergibt sich, daß der kompensierte Wert des Widerstandes bei der mittleren Temperatur 3,5°/0 unter den Werten bei den äußeren Temperaturen des Bereichs ist. Dies entspricht einer Genauigkeit von 11,75 0/o im gesamten Bereich.As an example, assuming that nickel is to be used and that accurate compensation is to be achieved at the extreme temperatures of the above range (ie, 173 ° Kelvin and 373 ° Kelvin, with 273 ° Kelvin being the middle of the temperature range), if the the resistivity of nickel at the external temperatures of the range is 3.63 and 11.0, and finally assuming a nominal bridge resistance of 100 ohms, which can be kept substantially constant by the means described above, the following relationship is obtained: where X is the factor by which to multiply the resistivity at any particular temperature to get the correct resistance value of R18 at that temperature, if it is made of nickel. Solving the equation for X gives the value 36.4. At the mean absolute temperature, the resistance of nickel is 6.93, so R15 should have a resistance of 36.4 6.93 or 252 ohms if the resistor is made of nickel. It turns out that the compensated value of the resistance at the middle temperature is 3.5 ° / 0 below the values at the outer temperatures of the range. This corresponds to an accuracy of 11.75% over the entire range.

Bei einem verringerten Bereich ist die Genauigkeit selbstverständlich entsprechend größer. Zum Beispiel kann man in einem verhältnismäßig engen Bereich von 13 bis 44"C, den man gewöhnlich als »Raumtemperaturbereiche annimmt, eine Genauigkeit von einem Bruchteil eines Prozents erzielen.With a reduced range, the accuracy is a given correspondingly larger. For example, you can be in a relatively narrow area from 13 to 44 "C, which is commonly assumed to be» room temperature ranges, an accuracy of a fraction of a percent.

Da die größte »Energie-Empfindlichkeit« auftritt, wenn der Abschlußwiderstand gleich dem Brückenwiderstand ist, stellt die oben beschriebene Anordnung einen Energieverlust von 4 Dezibel dar. Einen kleineren Energieverlust erhält man, wenn der Wert des Widerstands 16 mit steigender Temperatur abnimmt. Dies erreicht man durch Verwendung eines Kohle- oder Titanwiderstands; da es jedoch verhältnismäßig einfach und wirtschaftlich ist, die Spannung der Quelle 17 zu erhöhen, reicht es für die meisten Zwecke aus, den Widerstand 16 groß und konstant zu machen, wie es oben vorgeschlagen wurde. Since the greatest "energy sensitivity" occurs when the terminating resistor is equal to the bridge resistance, the arrangement described above presents a power loss of 4 decibels. A smaller energy loss is obtained when the value of the Resistance 16 decreases with increasing temperature. This is achieved by using a carbon or titanium resistor; however, as it is relatively easy and economical is to increase the voltage of the source 17, it is sufficient for most purposes, to make the resistor 16 large and constant as suggested above.

In Fig. 5 stellt die Kurve70 die Änderung des spezifischen Widerstands von Nickel in dem oben angegebenen großen Temperaturbereich dar. Die Kurve 72 stellt die Änderung der Brückenausgangsspannung ohne die kompensierende Wirkung des Nickelwiderstands R18 dar, d. h. wenn ein konstanter Widerstand R18 benutzt wird. Die Kurve 76 stellt die kompensierte Brückenausgangsspannung dar. In Fig. 5, curve 70 represents the change in resistivity of nickel in the wide temperature range given above. Curve 72 represents the change in the bridge output voltage without the compensating effect of the nickel resistor R18, i.e. H. if a constant resistor R18 is used. The curve 76 represents represents the compensated bridge output voltage.

Bei höheren Temperaturbereichen haben Materialien wie Molybdändisulfid eine größere Widerstandsänderung mit der Temperatur und können eine höhere Temperatur aushalten. At higher temperature ranges have materials like molybdenum disulfide a greater change in resistance with temperature and can have a higher temperature endure.

Eine größere Empfindlichkeit als bei der Anordnung nach Fig. 1 kann man durch geeignete Anwendung von vier gleichen Piezo-Widerstandselementen oder Teilen erhalten, die so zusammengeschaltet und angeordnet sind, daß sie die vier Zweige der Brücke bilden. Die Empfindlichkeit wird hierdurch um den Faktor 2 vergrößert. Eine Anordnung dieser Art ist in Fig. 2 dargestellt. A greater sensitivity than in the case of the arrangement according to FIG. 1 can one by suitable application of four identical piezo resistance elements or Get parts that are interconnected and arranged so that they the four Form branches of the bridge. This increases the sensitivity by a factor of 2. An arrangement of this type is shown in FIG.

In Fig. 2 werden vier gleiche Piezo-Widerstandselemente 21, 22, 23 und 24 verwendet. Zwei Elemente 21 und 22 sind im Abstand auf der oberen Fläche des Streifens 13 angeordnet. Die Längsachsen der Elemente 21 und 22 liegen parallel zur Längsachse des Streifens 13. Sie sind symmetrisch in bezug auf diese Längsachse angeordnet. Die Elemente 23 und 24 sind symmetrisch auf der Unterseite des Streifens angeordnet, wobei das Element 23 gegenüber und parallel zum Element 21 und das Element 24 gegenüber und parallel zum Element 22 liegt. Das linke Ende des Streifens 13 liegt fest in einer Ausnehmung in dem starren, fest angeordneten Trageteil 10. In FIG. 2 there are four identical piezo resistance elements 21, 22, 23 and 24 used. Two elements 21 and 22 are spaced on the top surface of the strip 13 is arranged. The longitudinal axes of the elements 21 and 22 are parallel to the longitudinal axis of the strip 13. They are symmetrical with respect to this longitudinal axis arranged. Elements 23 and 24 are symmetrical on the underside of the strip arranged, the element 23 opposite and parallel to the element 21 and the element 24 is opposite and parallel to element 22. The left end of the strip 13 lies firmly in a recess in the rigid, firmly arranged support part 10.

Die vier Piezo-Widerstandselemente 21 bis 24 sind dann so zusammengeschaltet, daß sie die vier Zweige einer Wheatstoneschen Brücke, wie in Fig. 2 dargestellt, bilden. Die Schaltung ist besser zu erkennen, wenn sie in dem elektrischen Schema der Fig. 4 betrachtet wird, wobei die Widerstände21', 22', 23' und 24' die Widerstandswerte der entsprechend bezeichneten Elemente 21 bis 24 der Fig. 2 darstellen. The four piezo resistance elements 21 to 24 are then connected together in such a way that that they have the four branches of a Wheatstone bridge, as shown in Fig. 2, form. The circuit can be seen better when it is in the electrical schematic 4 is viewed, with resistors 21 ', 22', 23 'and 24' being the resistance values represent the correspondingly designated elements 21 to 24 of FIG.

Die Elemente 16 bis 19 sind in den Fig. 1 bis 4 die gleichen. Sie wurden an Hand der Fig. 1 beschrieben. Elements 16 to 19 are the same in FIGS. 1 to 4. she were described with reference to FIG.

In Fig. 4 sind die vier Zweige der Brücke in der herkömmlichen Form als »Kreuzanordnunga dargestellt.In Figure 4 the four branches of the bridge are in the conventional form shown as »cross arrangementa.

Wie aus den Fig. 2 und 4 hervorgeht, ist zwischen die Brückenklemmen A und B eine elektrische Energiequelle und ein Widerstand 16 geschaltet, während zwischen den Brückenklemmen C und D die aus einem Instrument 19 und einem parallel geschalteten Widerstand 18 bestehende Kombination liegt. As can be seen from FIGS. 2 and 4, is between the bridge terminals A and B an electrical power source and a resistor 16 connected while between the bridge terminals C and D the one instrument 19 and one parallel switched resistor 18 existing combination lies.

Man erkennt also, daß die Anordnung der Fig. 2 im wesentlichen gleich derjenigen der Fig. 1 ist, abge- sehen davon, daß die Potentiometer 14 und 15 durch Piezo-Widerstandselemente ersetzt sind. It can thus be seen that the arrangement of FIG. 2 is essentially the same that of Fig. 1, removed see that the potentiometers 14 and 15 through Piezo resistance elements are replaced.

Die Piezo-Widerstandselemente 21 bis 24 der Fig. 2 sind so gewählt, daß sie sämtlich den gleichen elektrischen Widerstandswert aufweisen, so daß - wenn keine biegende Kraft an den Streifen 13 angelegt ist -der Brückenkreis im Gleichgewicht ist und damit keine Potentialdifferenz an den Klemmen C und D erscheint und das Instrument 19 Null anzeigt. The piezo resistance elements 21 to 24 of Fig. 2 are chosen so that that they all have the same electrical resistance value, so that - if no bending force is applied to the strip 13 - the bridge circle in equilibrium and thus no potential difference appears at terminals C and D and that Instrument 19 shows zero.

Nach Anlegen einer biegenden Kraft 26, wie sie nahe dem rechten Ende des Streifens 13 in Fig. 2 angedeutet ist, werden die oberen beiden Elemente in entgegengesetztem Sinn zu den unteren beiden Elementen beansprucht, d. h., die beiden Elemente 21 und 22 unterliegen einem Zug, während die beiden Elemente oder Teile 23 und 24 einem Druck unterliegen. Infolgedessen werden die Widerstandswerte von zwei Elementen erhöht und die Widerstandswerte der anderen beiden erniedrigt, so daß die Brückenschaltung außer Gleichgewicht kommt und eine Anzeige am Instrument 19 erscheint, deren Größe proportional der Größe der angelegten Kraft 26 ist. Die Kraft 26 kann eine zu messende Kraft oder eine Beschleunigung darstellen. Wie oben im Zusammenhang mit Fig. 1 angegeben wurde, kann der Widerstand 18 so eingerichtet werden, daß sich der Widerstandswert mit der Temperatur ändert, um Änderungen von JR des kraftempfindlichen Teils des Widerstandswerts der Elemente 21 bis 24 mit der Temperatur zu kompensieren, wie oben beschrieben wurde. After applying a bending force 26 as near the right end of the strip 13 is indicated in Fig. 2, the upper two elements in claims opposite sense to the lower two elements, d. i.e., the two Elements 21 and 22 are subject to tension, while the two elements or parts 23 and 24 are subject to pressure. As a result, the resistance values of two elements increased and the resistance values of the other two decreased, so that the bridge circuit is out of balance and a display on the instrument 19 appears, the size of which is proportional to the size of the force 26 applied. the Force 26 can represent a force to be measured or an acceleration. As above was indicated in connection with FIG. 1, the resistor 18 can be set up in this way that the resistance value changes with temperature to changes of JR of the force-sensitive part of the resistance value of elements 21 to 24 with to compensate for the temperature as described above.

Die Fig. 3 stellt eine weitere Anwendung des Erfindungsprinzips auf einen Beschleunigungsmesser dar. 3 shows a further application of the principle of the invention an accelerometer.

Um vier Piezo-Widerstandsteile zu erhalten, die als die vier Zweige einer Brückenschaltung dienen sollen, werden zwei gleiche zusammengesetzte Piezo-Widerstandsteile verwendet, von welchen jeder aus einer mittleren Masse 52 bzw. 54 bestehen, wobei jede Masse zwei sich in entgegengesetzter Richtung erstreckende Arme 21" und 23" für das obere Teil und 22" und 24" für das untere Teil aufweist, wie aus Fig. 3 hervorgeht. To get four piezo resistor parts that act as the four branches If a bridge circuit is to be used, two identical piezoresistive components are assembled are used, each of which consists of a central mass 52 and 54, respectively, where each mass has two arms 21 "and 23" extending in opposite directions for the upper part and 22 ″ and 24 ″ for the lower part, as shown in FIG. 3 emerges.

Jede Masse mit den zugehörigen beiden Armen ist vorzugsweise aus einer einzigen Einheit eines Einkristalls aus Piezo-Widerstandsmaterial herausgeschnitten. Die Anschlüsse an den mittleren Massen können die Klemmen A und B der Brücke bilden, während die elektrisch über Kreuz verbundenen Enden der entgegengesetzten Arme der beiden Teile so zusammengeschaltet sein können, daß sie die Klemmen C und D der Brücke bilden, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Die anderen Teile der Schaltung der Fig. 3 sind gleich den entsprechend bezeichneten Teilen der Schaltungen der Fig. 1 und 2. Die Gesamtschaltung der Fig. 3 kann elektrisch durch das Schema der Fig. 4 dargestellt werden, wobei die Widerstandswerte der Arme 21" bis 24" der Fig. 3 durch die Widerstandswerte21' bis 24' der Fig. 4 dargestellt sind. Eine andere Anordnung besteht darin, daß man einen Piezo-Widerstandsbeschleunigungsmesser verwendet, d. h. eine Masse mit zwei entgegengesetzt gerichteten Armen, wobei die Ausgleichswiderstände von den beiden anderen Zweigen der Brücke aus Konstantan oder einem anderen Material mit konstantem Widerstand, wie in Fig. 1 gebildet werden. Dies ergibt eine einfachere Anordnung, die jedoch nur halb so empfindlich wie diejenige der Fig. 3 ist.Each mass with the associated two arms is preferably composed of one single unit of a single crystal cut out of piezo resistance material. The connections to the middle masses can form the terminals A and B of the bridge, while the electrically cross-connected ends of the opposite arms of the both parts can be connected together so that they the terminals C and D of the Form a bridge, as can be seen from FIG. 3. The other parts of the circuit of Fig. 3 are identical to the correspondingly designated parts of the circuits of FIGS. 1 and 2. The overall circuit of FIG. 3 can be represented electrically by the diagram of FIG the resistance values of the arms 21 "to 24" of FIG. 3 by the resistance values 21 ' to 24 'of Fig. 4 are shown. Another arrangement is that one uses a piezo resistive accelerometer; d. H. a crowd with two oppositely directed arms, the balancing resistances of the two other branches of the bridge made of constantan or some other material with constant Resistance as in Fig. 1 can be formed. This gives a simpler arrangement, which, however, is only half as sensitive as that of FIG. 3.

Bei der Anordnung der Fig. 3 bewirkt die Trägheit der mittleren Massen 52 und 54, wenn diese nach rechts beschleunigt werden, daß die nach links laufenden Arme entgegengesetzt wie die nach rechts laufenden Arme beansprucht werden, d. h., die Arme 23" und 24" kommen unter Zug, während die Arme 21" und 22" unter Druck kommen. Wenn der Rahmen 50 fest mit einem Fahrzeug verbunden wird, zeigt das Instrument 19 die Beschleunigung in der Richtung der Achsen der Arme an, der das Fahrzeug unterworfen wird. Am Anfang ist die Brücke im Gleichgewicht, da die Widerstandswerte aller vier Arme 21" bis 24" gleichgemacht sind. Eine Kompensation der Wirkung der Temperaturänderung auf die Piezo-Widerstandselemente entsteht in der gleichen Weise, wie sie oben für die anderen Ausführungen der Erfindung beschrieben wurde. In the arrangement of FIG. 3, the inertia causes the mean masses 52 and 54, when these are accelerated to the right, those to the left ongoing Arms opposite to how the arms running to the right are exercised, d. H., arms 23 "and 24" come under tension, while arms 21 "and 22" come under pressure come. When the frame 50 is firmly attached to a vehicle, the instrument shows 19 indicates the acceleration in the direction of the axes of the arms to which the vehicle is subjected will. In the beginning, the bridge is in equilibrium, as the resistance values of all four Arms 21 "through 24" are made alike. A compensation for the effect of the temperature change on the piezo resistive elements arises in the same way as they are above for the other embodiments of the invention have been described.

Die vorstehend beschriebene und in Fig. 3 dargestellte Ausbildung des Beschleunigungsmeßelements 21" bis 24", 50, 52. 54, bildet keinen Teil der Erfindung. The training described above and shown in FIG of the accelerometer element 21 "to 24", 50, 52, 54, does not form part of the invention.

Bei allen beschriebenen Ausführungen können die Piezo-Widerstandselemente aus Silicium, Germanium, Indium-Antimonid, Gallium-Arsenid, Silicium-Carbid, Aluminium-Antimonid, Aluminium-Arsenat, Phosphor-Aluminium, Gallium-Antimonid, Phosphor-Gallium, Indium-Arsenat bestehen. In all of the designs described, the piezo resistance elements made of silicon, germanium, indium-antimonide, gallium-arsenide, silicon-carbide, aluminum-antimonide, Aluminum arsenate, phosphorus aluminum, gallium antimonide, phosphorus gallium, indium arsenate exist.

Wenn auch polykristalline Elemente verwendbar sind, so erhält man doch eine größere Empfindlichkeit wie oben erwähnt wurde, wenn jedes Piezo-Widerstandselement aus einem Einkristall herausgeschnitten ist, wobei die Längsachse des Elements in bezug auf die kristallographischen Achsen des Kristalls derart orientiert ist, daß das jeweilige Element den maximalen Piezo-Widerstandseffekt zeigt. If polycrystalline elements can also be used, one obtains yet greater sensitivity as mentioned above was given when using any piezo-resistive element is cut out of a single crystal with the longitudinal axis of the element in is oriented with respect to the crystallographic axes of the crystal such that the respective element shows the maximum piezo resistance effect.

Als weitere Lösung der gestellten Aufgabe kann das Piezo-Widerstandsmaterial in vorteilhafter Weise durch Zusatz spezieller Beträge von spezifischen Beimengungen verändert werden. Zum Beispiel ergibt der Zusatz einer speziellen Menge von Bor zu Silicium eine p-Leitfähigkeit, die eine wesentliche Stabilisierung des Widerstandswertes bei Temperaturänderungen bewirken kann. Ebenso ergibt eine spezielle Menge von Phosphor in Silicium eine n-Leitfähigkeit, wobei der Widerstand des Siliciums mit Temperaturänderungen stabiler wird. Andere Beimengungselemente der Wertigkeit 3 können benutzt werden, um p-Silicium oder Germanium zu erhalten, während andere Beimengungselemente der Wertigkeit 5 benutzt werden können, um n-Silicium oder Germanium zu erhalten. Für die Klassen III und V, d. h., für Materialien mit Valenzen von 3 bis 5 einschließlich Verbindungen wie Gallium-Arsenid usw. erhält man p-Elemente, indem man Elemente mit der Wertigkeit 2 wie Zink benutzt, während man n-Elemente erhält, indem man Silicium mit der Wertigkeit 4 benutzt, das zusammen mit dem Teil der Verbindung mit der Wertigkeit 5 eine Donator-Beimengung ergibt, oder indem man Materialien mit der Wertigkeit 6 benutzt. The piezo-resistance material can be used as a further solution to the problem posed advantageously by adding special amounts of specific admixtures to be changed. For example, adding a specific amount of boron results in to silicon a p-conductivity, which a substantial stabilization of the resistance value in the event of temperature changes. It also gives a special amount of phosphorus in silicon an n-conductivity, the resistance of the silicon with temperature changes becomes more stable. Other admixture elements of value 3 can be used, to obtain p-silicon or germanium, while other constituent elements of the Valence 5 can be used to obtain n-silicon or germanium. For classes III and V, d. i.e., for materials with valences from 3 to 5 inclusive Compounds like gallium arsenide etc. are obtained by adding elements to p-elements with the valence 2 is used like zinc, while n-elements are obtained by using Silicon with valence 4 is used, that together with the part of the compound with the valence 5 results in a donor admixture, or by adding materials used with the value 6.

Wenn also die einzelnen Piezo-Widerstandselemente so hergestellt werden können, daß sie einen sehr stabilen Widerstandswert bei Temperaturänderungen aufweisen, so ergibt die Anordnung von zwei oder mehr Piezo-Widerstandsteilen, wie bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1, 2 und 3 ebenso stabile Widerstandswerte. Obgleich die Brücke im Gleichgewicht bleibt, wenn keine Kraft angelegt wird, und die Temperatur sämtlicher Elemente gleich ist, kann doch eine kleine Temperaturdifferenz zwischen zwei oder mehr Piezo-Widerstandselementen der Brücke diese aus dem Gleichgewicht bringen, wenn die Widerstandsänderung mit der Temperatur nicht klein ist. So if the individual piezo resistance elements are made in this way can be that they have a very stable resistance value with temperature changes have, so results in the arrangement of two or more piezo resistance parts, such as in the exemplary embodiments according to FIGS. 1, 2 and 3, resistance values are also stable. Although the bridge remains in equilibrium when no force is applied, and the temperature of all elements is the same, there can be a small temperature difference between two or more piezo resistance elements of the bridge this is out of balance if the change in resistance with temperature is not small.

Als Beispiel für ein bevorzugtes Piezo-Widerstandsmaterial zur Verwendung in erfindungsgemäßen Kombinationen im Hinblick auf die Stabilität des Widerstandswerts mit Temperaturänderungen hat sich ergeben, daß Silicium, welches etwa 1019 Atome je Kubikzentimeter Bor oder Phosphor enthält, seinen Widerstandswert nur wenig in einem großen Temperaturbereich ändert, dessen Mitte etwa bei Raumtemperatur liegt. Für gemäßigte Klimazonen und in Gebäuden, die während der kälteren Monate des Jahres geheizt sind, wird der normale Bereich der Raumtemperatur gewöhnlich als zwischen 13 und 44"C liegend angesehen. As an example of a preferred piezo resistor material to use in combinations according to the invention with regard to the stability of the resistance value with temperature changes it has been found that silicon, which has about 1019 atoms per cubic centimeter of boron or phosphorus, its resistance value is only a little in changes over a wide temperature range, the center of which is around room temperature. For temperate climates and indoors during the colder months of the year are heated, the normal range of room temperature is usually considered to be between 13 and 44 "C viewed lying down.

Da p-Silicium die größere Empfindlichkeit für Änderungen der einwirkenden Kraft hat, wird Silicium mit 1,16 1019 Atomen Bor je Kubikzentimeter ais optimales Piezo-Widerstandsmaterial zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Vorrichtungen betrachtet. Dieses Material ändert seinen Widerstand im Temperaturbereich von -73 bis +100°C um etwa 11,50/,. Eine gute Stabilität erhält man auch durch Bor oder Phosphor-Zusätze von 3. 1018 bis 5 1019 Atome je Kubikzentimeter. Wenn auch diese Grade der »Impfung«, d. h. die Mengen der zugesetzten Beimengung nicht ganz so stabil bei Temperaturänderungen wie der bevorzugte Wert wirken, so sind sie doch für viele Zwecke ausreichend stabilisierend. Because p-silicon is more sensitive to changes in the acting Has power, silicon with 1.16 1019 atoms of boron per cubic centimeter is optimal Piezo-resistive material for use in the devices of the invention considered. This material changes its resistance in the temperature range of -73 up to + 100 ° C by about 11.50 / ,. Good stability can also be obtained with boron or Phosphorus additions from 3,1018 to 5,1019 atoms per cubic centimeter. Even if this Degree of "vaccination", i. H. the amounts of added admixture are not quite as stable work like the preferred value when the temperature changes, they are for many Sufficiently stabilizing purposes.

Im allgemeinen soll ein Element aus Silicium oder Germanium für die erfindungsgemäßen Anordnungen aus einem Einkristall herausgeschnitten werden, dessen Längsachse parallel zur Richtung 111 (Indizes von Miller) orientiert ist. Eine Ausnahme bildet n-Silicium, für das die empfindlichste Richtung die Richtung 100 ist. Silicium oder Germaniumelemente mit p-Leitfähigkeit haben Widerstandswerte, 'die mit Zug zunehmen und mit Druck abnehmen. Elemente mit n-Leitfähigkeit haben Widerstandswerte, welche mit Zug abnehmen und mit Druck zunehmen. In general, an element made of silicon or germanium should be used for the Arrangements according to the invention are cut out of a single crystal, its Longitudinal axis is oriented parallel to direction 111 (Miller indices). An exception forms n-type silicon, for which the most sensitive direction is direction 100. Silicon or germanium elements with p-conductivity have resistance values, 'those with tension increase and decrease with pressure. Elements with n-conductivity have resistance values, which decrease with tension and increase with pressure.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for measuring forces and accelerations with piezo resistance elements, which are firmly clamped at one end and at the other End of the measured variable are applied, with at least two identical elements are placed in the branches of a Wheatstone bridge, characterized that the voltmeter (19) lying in the bridge diagonal has a resistor (18) connected in parallel, the value of which is directly proportional to the absolute Temperature changes.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the resistor (18) is made of nickel.

3. Device for measuring forces and accelerations with piezo resistance elements, which are firmly clamped at one end and acted upon by the measured variable at the other end be, with at least two identical elements in the branches of a Wheatstone ash Bridge are laid, characterized in that the material of the piezo resistance elements consists of germanium or silicon with certain admixtures of other elements.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that each Piezo resistance element consists of germanium, which is an admixture of boron from Contains 3. 1019 to 5. 1019 atoms per cubic centimeter.

5. Apparatus according to claim 3, characterized in that each Piezo-resistance element is made of silicon with an admixture of boron between 3 - Contains 1018 and 5 1019 atoms per cubic centimeter.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the boron admixture 1.16 1019 atoms per cubic centimeter.

7. Apparatus according to claim 3, characterized in that each Piezo-resistance element consists of germanium, which contains an admixture of phosphorus Contains 3 1018 and 5 1019 atoms per cubic centimeter.

8. Apparatus according to claim 3, characterized in that each Piezo-resistive element is made of silicon with an admixture of phosphorus between Contains 3 1018 to 5. 1019 atoms per cubic centimeter.

Publications considered: The Journal of the Acoustical Society of America ", Vol. 29, No. 10, October 1957, p. 1098; magazine “Physical Reviews, Vol. 100, No. 4, November 1955, p. 1104; Magazine »Instruments and Automation ", Vol. 31, March 1958, pp.450ff.