DE1423309A1

DE1423309A1 - Kraft-,Druck-und Beschleunigungsgeber

Info

Publication number: DE1423309A1
Application number: DE19591423309
Authority: DE
Inventors: Zobel Dipl-Phys Karl Friedrich; Landwehr Dr Gottfried
Original assignee: LANDWEHR DR GOTTFRIED
Current assignee: LANDWEHR DR GOTTFRIED
Priority date: 1959-05-23
Filing date: 1959-05-23
Publication date: 1968-10-03

Description

Kraft-, Druck- und Beschleunigungsgeber Zusatz zu Patent ............. ( Patentanmeldung L 30308 IX/42k) Die erfindung bezieht sich auf den Kraft-, Druck- und Beschleunigungsgeber, nach dem Hauptpatent. Die Wirkung des Gebers beruht auf dem Elastowidcrstandseffekt. Der erfindungsgemäß verbesserte Geber zeichnet sich durch eine besonders einfache Konstruktion bei maximaler Empfindlichkeit aus. Es werden der longitudinale Elastowiderstandseffekt nd dessen starke Anisotropie ausgenutzt.
Bei gewissen Meßaut : gaben, z.B. der Ermittlung des Druckverlaufs in Verbrennungsmaschinen, können große thermische Gradienten auftreten. Um zu vermeiden, dß Kompensations- und Meßkristall, vgl. die Ausführungen dazu im Hauptpatent, verschiedene Temperaturen annehmen, ist ein möglichst guter thermischer iiontakt erforderlich. Dieser wird dadurch erreicht, daß Meß-und Kompensationskristall die gleiche Größe haben und mit fläcnenhaften, sperrfreien (Ohmschen) Kontakten versehen sind, die unter Zwischenschaltung einer dünnen Metallfolie aufeinandergepreßt sind. Der Wärmekontakt zum Gebergehäuse wird ebenfalls durch eine Metallfolie gesichert. Der Meßkristall ist derart aus einem Einkristall geschnitten, daß er bei Druckbeanspruchung den maximalen Elastowiderstandseffekt zeigt, z. B. bei n-Silicium in [100] Richtung des Gitters. Der Kompensationskristall dagegen ist a@s demselben Kristallmaterial in der Weise herausgeschnitten, daß er einen minimalen Elastowiderstandseffekt zeigt, z.B. in der EliiJ dichtung bei n-Silicium. Das wesentliche Merkmal der Anordnung ist, daß auch der Kompensationskristall der zu messenden Größe (etwa Druck) ausgesetzt ist, durch geeignete Wahl' der Schnittrichtung seinen iiiderstand aber nicht, odej nur ieringfügig, ändert. Dadurch, daß beim Meßkristall Druck und Stromrichtung parallel sind und keine Verbiegung der otromlinien auftritt, wird die maximal mögliche Empfindlichkeit realisiert. Für Anwendung, die eine hohe Genauigkeit erfordern, kanr ein temperaturempfindlicher Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten eingebaut weiden in der Weise, daß sich die spannung am Meßkristall in einer Potentiometer - oder Brückenschaltung proportional T (absolute Temperatur) erhöht.
Die Abbildung zeigt einen wassergekühlcen Druckgeber, wie er etwa zur Motorenindizierung verwendet werden kann.
Der Meßkristall 1 besteht aus einem hochohmigen p-Silicium-Einkristall mit einem spezifischen Widerstand von beispielsweise 300 # cm und den Abmessungen 5x5x1 mm. . Die Flächennormale der quadratischen, großen Flächen zeigt in r111 Richtung des kubischen Gitters. Diese Oberflächen sind sorgfältig geschliffen und chemisch (z.B. mit NaOB) geätzt und planparallel und mit einem sperrfreien, flächenhaften Kontakt versehen, etwa durch Eindiffusion eines #-wertigen chemischen Elementes, wie z.B. oder bei erhöhter Temperatur. Das verwendete Halbleitermaterial soll möglichst sauerstoffrei Eein, da die mechanische Bruchfestigkeit mit sinkendem Sauerstoffgehalt steigt. Der Kampensationskristall2 ist aus dem gleichen Kristallmaterial wie der Meßkristall geschnitten und hat etwa den gleichen spezifischen iiiderstand und die gleiche Größe wie dieser. Die Normalen seiner großen Flächen sind - unterschiedlich vom Meßkristall 1 -in Richtung der Würfelkante des kubischen Gitters [100] orienticrt. Die Kristalle sind übereinandergeschichtet und liegen in einer zylindrischen Federhülse 10, deren unteier Teil\, einen Stempel bildet, auf den der zu messende Druck unmittelbar einwirkt Um zu vermeiden, daß Gas in das Innere der Anordnung eindringt, ist der Kopf des Stempels durch eine Membrane 11 gegen das Gebergehäuse 3 abgedichtet. Um eine Beschädigung der Halbleiterkristalle durch Druckbeanspruchung zu verhindern, liegt zwischen Federhülse 10 und ljießkristall 1 eine ebene, polierte Metallplatte 12, und zwischen Widerlager 6 und Kompensationskristall 2 ist eine eingeschliffene @albkugel aus Stahl 5 eingesetzt. Als Elektroden dienen dünne Metallfolien 4. Der Kompensationskristall 2 ist vom Gehäuse 3 durch eine dünne Isolierschicht 16, z.B. aus Glimmer, elektrisch isoliert. Der Meßkristall 1 und der Kompensationskristall 2 erhalten; eine mechanische Vorspannung dadurch, daß das Widerlager 6 mittels einer Gegenmutter 13 in die Federhülse 10 gepreßt wird. Die Gegenmutter 13 wird durch eine Kontermutter 14 in ihrer Lage gehalten. Das Widerlager 6 hat 3 Löcher, durch die die elektriscnen Zuleitungen7 herausgeführt werden. Das Gehäuse 3 ist von einem Kühlmantel 15 umgeben, der gegen das Gehäuse 3 durch Gummiringe abgedichtet ist.

Claims

Patentanspruch: Kraft-, Druck- und Beschleunigungsgeber gemäß den Ansprüchen 1, 2 und 4 bis 9 des patents (Palentanmeldung L 30308 IX/42k), dadurch gekennzeichnet, daß unter Ausnutzung des longitudinalen Elastowiderstandseffektes ein Meßkristall und ein Kompensationskristall zum Ausgleich von Temperaturschwankungen, beide aus einkristallinem, halbleitendem Material, der zu mes@enden Größe ausgesetzt sind, wobei dr eristall derart orientiert ist, daß ein grober Elastowiderstandseffekt auftritt, während die Orienticrung des Kompensationskristalls so gewählt ist, daß kein oder nur ein kleiner Elastowiderstandseffekt bewirkt wird unter Realisierung eines guten Järmekontakte s zwischen Meßkristall, Kompensationskristall und Gehäuse des Gebers dadurch, daß diese Gegenstande sich flächenhaft berühren unter Zwischenschaltung metallischer Folien.