DE1573819A1 - Elektromechanischer Umformer fuer Streck-,Druck- und Akzelerationsmessung - Google Patents
Elektromechanischer Umformer fuer Streck-,Druck- und AkzelerationsmessungInfo
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Description
Sentralinstitutt for industriell forskning,
Oslo, Norwegen.
Elektromechanischer Umformer für Streck-, Druck- und Akzelerationsmessung.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Umformer für Streck-, Druck- und Akzelerationsmessung, bestehend aus einem Halbleiterkörper, z.B. einem
Siliziumbalken, an welchem Halbleiterelemente hineindiffundiert sind, deren elektrische Parameter bei Änderungen der mechanischen
Beanspruchungen des Balkens geändert werden.
Es sind z.B. aus der deutschen Patentschrift Nr,1.168.118
Umformer der Art bekannt, die in gleicher Weise wie gewöhnliche
am Messobjekt
Strecklappen/angeklebt oder -legiert werden. Umformer dieser Art haben indessen sehr kleine Dimensionen und lassen sich sehr schwer am Messobjekt befestigen, und der Zweck der Erfindung ist daher die Schaffung einer zweckmässigen Befestigung des Umformers am Messobjekt, wp^äaxnixzjtrvorteilhaft als Selbstständiger Umformer, z.B. als Druckmesser, verwendet werden kann
Strecklappen/angeklebt oder -legiert werden. Umformer dieser Art haben indessen sehr kleine Dimensionen und lassen sich sehr schwer am Messobjekt befestigen, und der Zweck der Erfindung ist daher die Schaffung einer zweckmässigen Befestigung des Umformers am Messobjekt, wp^äaxnixzjtrvorteilhaft als Selbstständiger Umformer, z.B. als Druckmesser, verwendet werden kann
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der
Balken mittels mechanischer Spannelemente (z.B. Drähte) in einem Halter montiert ist, welche die mechanischen Kräfte vom
Balken zum Halter überführen, wenn der Balken mechanisch beansprucht wird, und dass diese mechanischen Spannelemente
elektrisch von einander isoliert sind, so dass sie gleichzeitig
- 1 109887/0346
als elektrische Verbindungen zu den Kontaktfeldern der am Balken vorgesehenen Halbleiterelemente wirken, indem die mechanischen
Spannelemente durch Löten, Schweissen, Legieren oder entsprechende Methoden elektrisch und mechanisch mit den
Kontaktpunkten verbunden sind.
Bei einer Ausführung der Erfindung besteht der Halter
aus einem kurzen Rohrstück aus Metall, in dessen Hohlraum in Glas oder ähnlichem Material voneinander isoliert vier Metalldrähte
eingeschmolzen sind, so dass freie Enden der Drähte dm einen Ende des Rohrstückes ein kurzes Stück aus dem Glas herausragen,
zwischen welchen Drahtenden der Halbleiterbalken festgeklemmt und z.B. durch Löten mit den Kontaktpunkten des eindiffundierten
Halbleiterelementes oder der Halbleiterelemente verbunden ist, während die anderen Drahtenden als elektrische
Anschlüsse an den Umformer dienen.
Vorzugsweise ist im Balken an zwei gegenüberstehenden Seitenflächen ein Halbleiterelement eindiffundiert, und diese
beiden Halbleiterelemente bilden die beiden Zweige in der einen Hälfte einer Messbrücke.
Vorteilhaft kann im Balken mindestens ein Transistor eindiffundiert
sein, der zur Verstärkung der Wirkung der Änderung der elektrischen Parameter verwendet werden kann.
Bei einer anderen Ausführung der Erfindung besteht der Halter aus einem Rahmen, in dessen Öffnung der Balken mit Spiel
angeordnet ist, wobei in zwei gegenüberstehenden Seitenflächen des Balkens jeweils ein Halbleiterelement mit einem Kontaktpunkt
dn jedem Ende hineindiffundiert ist, welche Kontaktpunkte je-, weils mit einer Zuleitung verbunden sind, welche mit Hilfe
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eines Isolationsmaterials steif mit dem Rahmen verbunden ist.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen unter Bezugnahme auf die Zeichnung: näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt in der Perspektive eine Ausführung eines erfindungsgemässen elektromechanischen Umformers.
Fig. 2 zeigt im Grundriss eine andere Ausführung eines
erfindungsgemässen elektromechanischen Umformers.
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch den Umformer von
Fig. Z.
In einen Siliziumbalken 1 mit einer Länge von 5-10 n1111»
einer Breite von 1 - 2 mm und einer Dicke von 0,1 - 0,15 mm ist an den beiden Breitseiten ein Halbleiterelement 2 hineindiffundiert.
Der Siliziumstab ist festgeklemmt, und die Halbleiterelemente 2 sind bei 6 an toetalldrähte 3 angelötet, die
aus Metall
aus dem einen Ende eines Rohrstückes 4/nera'usra^en>
i-n dessen Hohlraum Glas 5 eingeschmolzen ist, das die Drähte 3 in gegenseitigem
Abstand und elektrisch voneinander isoliert hält. Die anderen Enden der Drähte 3 ragen in erwünschter Länge an
der entgegengesetzten Seite des Rohrstückes 4 heraus und dienen als Anschlüsse an die Halbleiterelemente 2. Die beiden Halbleiterelemente
2 an jeder Seite des Balkens 1 bilden vorzugsweise die beiden Zweige in der einen Hälfte einer Wheatstoneschen
Brücke. Das Rohrstück hat vorzugsweise einen äusseren Diameter von 1,8 mm und einen inneren Diameter von 1,6 mm. Die
Drähte haben vorzugsweise einen Diameter von 0,25 n™ un(^ haben
paarweise an jeder Seite der Platte einen gegenseitigen Abstand von 0,5 mm und ragen etwa 0,9 mm ö.m Befestigungsende für den
Balken 1 aus dem Rohrstück heraus. Die Lotung in den Punkten
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erfordert besonders präparierte Kontaktflächen an den Halbleiterelementen
2.
Bei zweckmässiger Anbringung des Umformers und einer Belastung des ausseren Endes des Balkens mit einem Gewicht ist der
Umformer zur Anwendung als Akzelerometer gut geeignet.
Durch Umgeben des Umformers mit einer elastisch nachgebenden Kappe, die mit dem ausseren Ende des Balkens 1 mit
Hilfe eines Abstandsstückes verbunden ist,und durch Umgeben
des Ganzen mit einer dünnen, dm Ende mit einem Loch versehenen Stahlkappe kann der Umformer vorteilhaft als Druckmesser verwendet
werden und lässt sich mit seinen geringen Dimensionen leicht in den Magen eines Patienten oder auch in das Herz oder
in andere Organe, wo der Druck gemessen werden soll, hineinführen,
■ . Der Umformer kann auch als Druck- oder Stossmesser oder
^Streckmesser von hohlen Körpern verwendet werden, indem der Balken 1 mit einem nicht beanspruchten. Stab im Hohlraum in Kontakt
ist, während der Halter 4- a*i dem der Beanspruchung ausgesetzten·
Objekt befestigt ist»
Der Umformer kann auch leicht mit Hilfe eines Balges oder ^iner Membrane zur Druckmessung verwendet werden sowie zum
Messen des Drehmomentes bei Wellen.
Er kann auch als Messvorrichtung für sehr kleine Messbereiche, z.B. zwischen 25 und 200/u, ausgeformt werden.
Der Umformer kann auch als Resonnanzgenerator verwendet werden, wenn das freie Ende des Balkens 1 mit magnetisierbarem
Material versehen und in einem magnetischen Wechselfeld angebracht wird.
109887/03f84 ~
Bei der Ausführung geraäss Fig. 2 und 3 besteht der Halter aus einem Rahmen 1J mit einer Öffnung 8, in welcher ein
Halbleiterbalken 1 mit Spiel angebracht ist.
In den Balken ist an zwei gegenüberstehenden Seitenflächen ein Halbleiterelement 2 hineir\jiiffundiert, dessen
elektrische Parameter durch Veränderung der mechanischen Beanspruchungen des Balkens geändert werden. Die Enden der Halbleiterelemente
sind bei 6 elektrisch leitend, beispielsweise durch Löten, mit Zuleitungen 3 verbunden, die steif an gegenüberstehenden
Enden des Rahmens 1J befestigt sind, z.B. mit Glas festgeschmolzen, so dass die vier Zuleitungen voneinander
isoliert sind, gegebenenfalls vom Rahmen, falls dieser aus elektrisch leitendem Material besteht.
„ 5 -
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Claims (5)
1. Elektromechanischer Umformer für Streck-, Druck- und Akzelerationsmessung, bestehend aus einem Halbleiterkörper,
z.B. einem Siliziumbalken, in welchen Halbleiterelemente hineindiffundiert sind, deren elektrische Parameter bei Veränderungen
der mechanischen Beanspruchungen des Balkens geändert werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Balken mittels mechanischer
Spannelemente (z.B. Drähte) in einem Halter montiert ist, welche die mechanischen Kräfte vom Balken zum Halter überführen,
wenn der Balken mechanisch beansprucht wird, und dass diese mechanischen Spannelemente elektrisch voneinander
isoliert sind, so dass sie gleichzeitig als elektrische Verbindungen zu den Kontaktfeldern der am Balken vorgesehenen
Halbleiterelemente wirken, indem die mechanischen Spannelemente durch Löten, Schweissen, Legieren oder entsprechende Methoden
elektrisch und mechanisch mit den Kontaktpunkten verbunden
2. Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter aus einem kurzen Rohrstück aus Metall besteht, in
dessen Hohlraum in Glas oder ähnlichem Material von^^11311061*
isoliert vier Metalldrähte eingeschmolzen sind, so dass freie Enden der Drähte im einen Ende des Ptohrstückes ein kurzes
Stück aus dem Glas herausragen, zwischen welchen Drahtenden der Kalbleiterbaiken festgeklemmt und z.B. durch Löten mit
dan Kontaktpunkten des eindiffundierten Halbleiterelementes oder der Halbleiterelemente verbunden ist, während die anderen
Drahtenden als elelc-riache Änüeftiüsae an den Umformer dienen,
109887/03^
3. Umformer nach Alispruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
in den Balken, der einen ausgeprägt rechteckigen Querschnitt hat, an zwei gegenüberstehenden Seitenflächen ein Halbleiterelement
hinein^jliffundiert ist, und dass diese beiden Halbleiterelemente
die beiden Zweige in der einen Hälfte einer Messbrücke bilden.
4. Umformer nach Anspruch 2 oder 3>
dadurch gekennzeichnet, dass in den Balken mindestens ein Transistor hinein^iffundiert
ist, der zur Verstärkung der Wirkung der Veränderung der elektrischen Parameter verwendet werden kann.
5. Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Halter aus einem Rahmen besteht, in dessen Öffnung der
Balken mit Spiel angeordnet ist, und dass in den beiden gegenüberstehenden
Seitenflächen des Balkens ein Halbleiterelement mit einem Kontaktpunkt in jedem Ende hineindiffundiert ist?
welche Kontaktpunkte jeweils mit einer Zuleitung verbunden sind,
welche mit Hilfe eines Isolationsmaterials steif mit dem Rahmen verbunden ist»
-7 -t09887/03A6
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