DE2832083A1

DE2832083A1 - Hydrostatic pressure monitor with electric circuit - uses pressure-sensitive semiconductor element combined with further element with similar temp. characteristic

Info

Publication number: DE2832083A1
Application number: DE19782832083
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Ing Bethe; Wilfried Dipl Phys Germer
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1978-07-21
Filing date: 1978-07-21
Publication date: 1980-01-31

Abstract

The hydrostatic pressure monitor gives a direct read-out and it uses at least one pressure-sensitive semiconductor element, the electrical resistance of which provides a direct indication of the pressure. The pressure-sensitive semiconductor element is combined with a further semiconductor element which is unaffected by the pressure, but which has the same temp/resistance characteristic, to provide zero compensation. Pref. the two semiconductor elements are of N type and P type respectively and are formed in a common GaSb crystal. Both elements are coupled in series to a constant current source.

Description

"Aufnehmer zur direkten Messung hydrostatischer Drücke""Transducer for direct measurement of hydrostatic pressures"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Aufnehmer zur direkten Messung hydrostatischer Drücke, enthaltend wenigstens ein druckempfindliches Halbleiter-Element, aus dessen druckabhängigem elektrischen Widerstand eine dem Druck proportionale elektrische Größe ableitbar ist. Derartige Aufnehmer sind bekannt, so z.B. aus der US-PS 3 270 562. Die derartigen Halbleiter-Elementen anhaftende nachteilige Eigenschaft einer hohen Temperaturabhängigkeit wird bei diesem bekannten AuS-nehmer dadurch kompensiert, daß zwei gleiche Halbleiter- Elemente in getrennten Kammern eines Gehäuses untergebracht sind, wobei ein Element dem zu messenden hydrostatischen Druck ausgesetzt ist, während das andere nicht von diesem Druck beeinflußt wird. Da beide Halbleiter-Elemente jedoch der gleichen Temperatur unterliegen und somit gleiche temperaturbedingte Widerstandsänderungen aufweisen, lassen sich die nur druckabhängigen Widerstandsänderungen abtrennen und auswerten.The invention relates to a transducer for direct measurement hydrostatic pressures, containing at least one pressure-sensitive semiconductor element, from its pressure-dependent electrical resistance, one proportional to the pressure electrical quantity can be derived. Such sensors are known, for example from U.S. Patent 3,270,562. The disadvantageous property inherent in such semiconductor elements a high temperature dependency is thereby in this known external taker compensates that two identical semiconductor Elements in separate Chambers of a housing are accommodated, one element being the hydrostatic to be measured Pressure while the other is not affected by that pressure. However, since both semiconductor elements are subject to the same temperature and thus have the same temperature-related changes in resistance, the only Separate and evaluate pressure-dependent changes in resistance.

Nachteilig ist bei diesem bekannten Aufnehmer nicht nur der hohe Aufwand für ein zwei Kammern enthaltendes Gehäuse, sondern auch eine hohe Wärmeträgheit, die bei Messungen mit häufig schwankenden Temperaturen zu Meßfehlern führt.The disadvantage of this known transducer is not only the high cost for a housing containing two chambers, but also a high thermal inertia, which leads to measurement errors in measurements with frequently fluctuating temperatures.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Aufnehmer der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Aufbau wesentlich einfacher ist und der darüber hinaus auch schnellen Temperaturänderungen fehlerfrei zu folgen vermag.The object of the present invention is therefore to provide a transducer of the To create the type mentioned, the structure of which is much simpler and the In addition, it is also able to follow rapid temperature changes without errors.

Die Erfindung besteht darin, daß jedem druckabhängigen Halbleiter-Element ein druckunabhängiges Halbleiter-Element gleichen Temperatur-Widerstands-Verhaltens zugeordnet ist und mit diesem dem zu messenden Druck unterworfen ist.The invention consists in that each pressure-dependent semiconductor element a pressure-independent semiconductor element with the same temperature-resistance behavior is assigned and is subjected to the pressure to be measured with this.

Dabei geht die Erfindung von den nachstehend dargelegten physikalischen Eigenschaften bestimmter Halbleiter-Elemente aus.The invention is based on the physical ones set out below Properties of certain semiconductor elements.

Halbleiter verändern ihre elektrischen Eigenschaften, wenn sie allseitigem Druck ausgesetzt werden. Der Druck bewirkt eine Komprimierung des Kristalls und damit eine Veränderung der Gitterabstände. Hieraus resultiert eine Änderung der elektronischen Bandstruktur des Halbleiters, die sehr empfindlich auf eine Variation des Gitterabstandes reagiert.Semiconductors change their electrical properties when they are all-round Exposed to pressure. The pressure causes compression of the crystal and thus a change in the grid spacing. This results in a change in the electronic band structure of the semiconductor, which is very sensitive to variation of the grid spacing reacts.

Aufgrund der sehr kleinen Kompressibilität fester Körper ist die Änderung der Gitterparameter nur klein. Infolgedessen kann in erster Näherung angenommen werden, daß die durch Druck hervorgerufene Änderung der Bandstruktur für alle Halbleiter der gleichen Kristallklasse gleich ist. Diese Annahme ist experimentell für die im ZnS-Gitter kristallisierenden III-V-Halbleiter bestätigt. Die bei diesem Halbleitertyp auftretenden 3 Leitungsbandminima verändern unter Druckeinwirkung ihre energetische Lage relativ zum Valenzbandmaximum und relativ zueinander in der in Fig. 1 angegebenen Weise. Im Gegensatz zum uniaxialen piezoresistiven Effekt, wie er bei Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen ausgenutzt wird, ist der Einfluß hydrostatischen Druckes auf die Bandstruktur unabhängig von der Orientierung des Halbleiterkristalls, tritt also in gleicher Weise auch bei polykristallinen Halbleitern auf.The change is due to the very small compressibility of solid bodies the lattice parameter only small. As a result, a first approximation can be assumed that the pressure induced change in band structure for all semiconductors of the same class of crystals. This assumption is experimental for the III-V semiconductors crystallizing in the ZnS lattice were confirmed. The ones with this type of semiconductor occurring 3 conduction band minima change their energetic under the influence of pressure Position relative to the valence band maximum and relative to one another in that indicated in FIG Way. In contrast to the uniaxial piezoresistive effect, as it is with semiconductor strain gauges is used, the influence of hydrostatic pressure on the band structure is independent of the orientation of the semiconductor crystal, so also occurs in the same way in polycrystalline semiconductors.

Die Kenntnis des Verhaltens der Bandstruktur der III-V-Halbleiter unter Druckeinwirkung gestattet die theoretische Auswahl des zur Druckmessung am besten geeigneten Materials.Knowledge of the behavior of the band structure of III-V semiconductors under the influence of pressure allows the theoretical selection of the pressure measurement on the best suitable material.

Der für den erfindungsgemäßen Aufnehmer am besten geeignete Halbleiter GaSb hat die Eigenschaft, daß nur 0,1 eV oberhalb des energetisch tiefstliegenden r-Minimums das L-Minimum liegt, wie Fig. 2 zeigt. Bei Druckeinwirkung nähert sich nun aufgrund der unterschiedlichen Druckkoeffizienten des energetischen Abstandes zum Valenzbandmaximum das r-Minimum dem höher liegenden L-Minimum an. Dadurch werden Elektronen vom stark besetzten r ins schwach besetzte L-Minimum transferiert. Dort ist ihre Beweglichkeit wesentlich kleiner, woraus eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes des Halbleiters resultiert.The most suitable for the transducer according to the invention semiconductor GaSb has the property that only 0.1 eV above the energetically lowest r-minimum the L-minimum lies, as FIG. 2 shows. When pressure is approaching now due to the different pressure coefficients of the energetic distance at the valence band maximum, the r-minimum corresponds to the higher-lying L-minimum. This will be Electrons are transferred from the strongly occupied r to the weakly occupied L minimum. there their mobility is much smaller, resulting in an increase in the electrical Resistance of the semiconductor results.

Durch Druck wird hier ein dem bekannten Gunn-Effekt ähnlicher leitfähigkeitsvermindernder Elektronentransfer bewirkt, der für Drücke P $ 3 kbar eine nahezu lineare Abnahme der Elektronenbeweglichkeit /u zur Folge hat. Wird durch hohe n-Dotierung für eine konstante Zahlt von Leitungsbandelektronen gesorgt, so folgt eine lineare Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit a des GaSb gemäß 0 = e n (P) (e = Elementarladung).By applying pressure, a conductivity-reducing effect similar to the well-known Gunn effect is created Electron transfer causes an almost linear decrease for pressures P $ 3 kbar the electron mobility / u. Is due to high n-doping for a If a constant number of conduction band electrons is taken care of, a linear decrease follows the electrical conductivity a of GaSb according to 0 = e n (P) (e = elementary charge).

Das in der vorgeschlagenen Anordnung als Drucksensor benutzte GaSb kann sehr hoch n-dotiert sein. Dies hat den Vorteil, daß das GaSb eine nahezu lineare Zunahme des Widerstandes bei steigender Temperatur zeigt. Bis zu Temperaturen von 2000C haben die "eigenleitenden" Ladungsträger nur einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Temperaturabhängigkeit des Widerstandes.The GaSb used as a pressure sensor in the proposed arrangement can be very highly n-doped. This has the advantage that the GaSb is almost linear Shows increase in resistance with increasing temperature. Up to temperatures of At 2000C, the "intrinsic" charge carriers have only a negligible influence on the temperature dependence of the resistance.

Hinzu kommt, daß aufgrund der hohen Dotierung das n-GaSb problemlos kontaktiert werden kann.In addition, due to the high doping, the n-GaSb has no problems can be contacted.

Auch die Empfindlichkeit gegenüber hydrostatischem Druck ist in nur geringem Maße temperaturabhängig. Bei eigenleitenden Halbleitern, die eine exponentielle Temperatur-Widerstands-Charakteristik besitzen, ist die Temperaturempfindlichkeit von Widerstand und Empfindlichkeit wesentlich größer.Also the sensitivity to hydrostatic pressure is in only slightly dependent on temperature. With intrinsic semiconductors that have an exponential Temperature-resistance characteristic is temperature sensitivity of resistance and sensitivity is much greater.

Die Kompensation der verbleibenden Temperaturabhängigkeit der interessierenden Parameter wird gemäß der Erfindung mittels p-dotiertem GaSb vorgenommen. Aus der oben gegebenen Erklärung für die Druckabhängigkeit des n-GaSb folgt unmittelbar, daß sie nur durch die Elektronentransportphänomene im Leitungsband bedingt ist. Ist die p-Dotierung des GaSb so hoch, daß auch die druckinduzierte Bandabstandsänderung und die dadurch verursachte Variation der Zahl der fleigenleitenden1? Ladungsträger zu vernachlässigen sind, so ist der Widerstand des p-GaSb unabhängig vom einwirkenden Druck. Hohe Dotierung führt auch beim p-GaSb zu nahezu linearer Widerstands-Temperatur-Charakteristik, die sehr ähnlich der des n-GaSb ist, allerdings eine geringere Steilheit aufweist.The compensation of the remaining temperature dependence of the interesting According to the invention, the parameter is carried out by means of p-doped GaSb. From the Explanation given above for the pressure dependence of the n-GaSb follows immediately, that it is only due to the electron transport phenomena in the conduction band. Is the p-doping of GaSb so high that the pressure-induced change in the band gap also occurs and the resulting variation in the number of flesh-guiding1? charge carrier are negligible, the resistance of the p-GaSb is independent of the acting Pressure. High doping leads to almost linear resistance-temperature characteristics even with p-GaSb, which is very similar to that of n-GaSb, but has a lower steepness.

An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Darin zeigen Fig. 3 einen Druckaufnehmer unter Verwendung geeigneter Halbleiter-Elemente, Fig. 4 die Abhängigkeit des Nullpunkts von der Temperatur bei einem Aufnehmer gem. Fig. 3, Fig. 5 die Spannungsdifferenz zwischen beiden Halbleiter-Elementen in Abhängigkeit vom Druck bei verschiedenen Temperaturen, Fig. 6 die Abhängigkeit der Ausgangsspannung vom Druck, und Fig. 7 eine Schaltungsanordnung unter Verwendung eines Druckaufnehmers nach Fig. 3.An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing described. 3 shows a pressure transducer using suitable ones Semiconductor elements, Fig. 4 shows the dependence of the zero point on the temperature at a transducer according to Fig. 3, Fig. 5 shows the voltage difference between both semiconductor elements depending on the pressure at different temperatures, 6 shows the dependence of the output voltage on the pressure, and FIG. 7 shows a circuit arrangement using a pressure transducer according to FIG. 3.

Der Aufnehmer besteht aus einem Gewindestopfen 1, der in die Wandung 2 eines Druckbehälters oder auch in eine Rohrverschraubung eingesetzt werden kann. Der Stopfen ist mit Bohrungen 3 zur Aufnahme der elektrischen Leiterdurchführungen 4 versehen.The transducer consists of a threaded plug 1 that is inserted into the wall 2 of a pressure vessel or can be used in a screwed pipe connection. The plug has holes 3 for receiving the electrical conductor bushings 4 provided.

Auf der Hochdruckseite 5 sind die beiden Halbleiterkristalle 6 und 7 frei zwischen den Durchführungen angebracht. Zur mechanischen Fixierung der Halbleiter kann eventuell ein elastischer Siliconkautschuk 8, der sie allseitig umschließt, verwendet werden. Die Druckbelastbarkeit dieses Aufnehmers ist nur durch die mechanische Festigkeit des Gewindestopfens 1 bzw. der Druckbehälterwandung 2 begrenzt. Dabei ist einer der beiden Halbleiter, z.B. 6, ein n-dotierter Kristall, der aufgrund seiner Druckabhängigkeit als eigentlicher Druckaufnehmer dient, während der andere 7 ein p-dotierter Kristall ist und -druckunabhängig - nur der Temperaturkompensation dient.On the high pressure side 5 are the two semiconductor crystals 6 and 7 mounted freely between the bushings. For mechanical fixation of the semiconductors can possibly an elastic silicone rubber 8, which surrounds it on all sides, be used. The compressive strength of this transducer is only due to the mechanical Strength of the threaded plug 1 or the pressure vessel wall 2 is limited. Included one of the two semiconductors, e.g. 6, is an n-doped crystal, which is due to its pressure dependence serves as the actual pressure transducer, while the other 7 is a p-doped crystal and is independent of pressure - only for temperature compensation serves.

Wie oben erwähnt, sind die Temperaturabhängigkeiten der Widerstände bei p- und n-GaSb sehr ähnlich. Daher kann durch einfache Differenzbildung der Spannungsabfälle über den Halbleiterkristallen die Temperaturdrift des Widerstandes des n-GaSb-Kristalls (ohne äußere Druckeinwirkung), also dessen Nullpunktdrift, kompensiert werden. Durch die Wahl geeigneter Dotierung des p-GaSb kann die Kompensation optimiert werden. Dann ist die Differenzspannung UD = wUp U Un (1) (Up: Spannungsabfall über p-GaSb, Un: Spannungsabfall über n-GaSb) bei Wahl eines geeigneten Faktors a nahezu temperaturunabhängig. Die Bildung der Spannungsdifferenz wird zweckmäßigerweise durch eine elektronische Schaltung vorgenommen, wie sie weiter unten an Hand der Fig. 7 erläutert wird. Damit kann auch der Faktor a elektronisch eingestellt werden, so daß ein Abgleich der Widerstände der Halbleiter-Elemente nicht notwendig ist. Fig. 4 zeigt die gemessene Abhängigkeit der Spannung UD von der Temperatur für ein Paar von GaSb-Kristallen mit n = 9,5 . 1O17cm3 und p = 1,45 . 10+19cm 3. a ist von der absoluten Größe der Halbleiterwiderstände abhängig. Die verbleibende Nullpunktdrift der Spannung UD ist < 0,04 %/K, bezogen auf ein Ausgangssignal bei 1 kbar Druck. Im Temperaturintervall von +100 bis +500C ist die Gesamtvariation des Nullpunktes < 0,7 %. Bei einer Druckbelastung von 1 kbar variiert UD um etwa 10 %. Fig. 5 zeigt die Variation von UD in Abhängigkeit vom einwirkenden hydrostatischen Druck für verschiedene (festgehaltene) Temperaturen. Die Spannung UD für 0 bar Druck ist festgehalten, d.h. der Nullpunkt des Aufnehmers wird bei sich ändernder Außentemperatur nachgeregelt.As mentioned above, the temperature dependencies of the resistors are very similar for p- and n-GaSb. Therefore, by simply calculating the difference between the voltage drops the temperature drift of the resistance of the n-GaSb crystal above the semiconductor crystals (without external pressure), i.e. its zero point drift, compensated will. The compensation can be optimized by choosing suitable doping of the p-GaSb will. Then the differential voltage UD = wUp U Un (1) (Up: voltage drop across p-GaSb, Un: voltage drop across n-GaSb) if a suitable factor a is selected, almost temperature independent. The formation of the voltage difference is expedient made by an electronic circuit, as described below with reference to the Fig. 7 is explained. This means that the factor a can also be set electronically, so that it is not necessary to adjust the resistances of the semiconductor elements. 4 shows the measured dependence of the voltage UD on the temperature for a Pair of GaSb crystals with n = 9.5. 1017cm3 and p = 1.45. 10 + 19cm 3. a is from depends on the absolute size of the semiconductor resistances. The remaining zero point drift the voltage UD is <0.04% / K, based on an output signal at 1 kbar pressure. In the temperature range from +100 to + 500C is the total variation of the zero point <0.7%. At a pressure load of 1 kbar, UD varies by about 10%. Fig. 5 shows the variation of UD as a function of the applied hydrostatic pressure for different (recorded) temperatures. The voltage UD for 0 bar pressure is recorded, i.e. the zero point of the sensor is set when the outside temperature changes readjusted.

Eine genauere rechnerische Untersuchung der Temperaturabhängigkeit der Druckempfindlichkeit anhand dieser Kurven zeigt, daß die Empfindlichkeit mit steigender Temperatur linear abfällt. Eine Kompensation dieser Empfindlichkeitsdrift kann gemäß der Beziehung vorgenommen werden, wobei Durch Subtrahieren einer festen Spannung (UD)T@TO,P = obar wird also die Aufnehmerausgangsspannung auf 0 V normiert (für 0 bar Druck bei der Temperatur To). Der Faktor ß in (2) ist so einzustellen, daß eine optimale Kompensation gewährleistet ist.A more precise computational investigation of the temperature dependence of the pressure sensitivity on the basis of these curves shows that the sensitivity decreases linearly with increasing temperature. This sensitivity drift can be compensated for in accordance with the relationship be made, with By subtracting a fixed voltage (UD) T @ TO, P = obar, the transducer output voltage is normalized to 0 V (for 0 bar pressure at temperature To). The factor β in (2) must be set in such a way that optimal compensation is guaranteed.

Zur Verifizierung einer Kompensation gemäß (2) wird eine Steuergröße benötigt, die proportional der Temperatur im Druckmedium ist.Zweckmäßigerweise wird hierfür der Spannungsabfall Up über dem p-GaSb verwendet, der über einen weiten Temperaturbereich nahezu linear mit wachsender Temperatur ansteigt. Fig. 6 zeigt das Ergebnis einer auf diese Weise vorgenommenen Kompensation. Die verbleibende Drift der Empfindlichkeit ist ß 0,04 9d/K, die Gesamtdrift im Temperaturintervall von +10° bis +500C ist < 0,5 , wiederum bezogen auf einen Vollausschlag von 1 kbar. Die Nichtlinearität des Druck-Widerstands-Zusammenhanges ist < + 1 , ebenfalls bezogen auf Vollausschlag.A control variable is used to verify a compensation according to (2) which is proportional to the temperature in the printing medium for this purpose the voltage drop Up across the p-GaSb is used, which over a wide Temperature range increases almost linearly with increasing temperature. Fig. 6 shows the result of compensation made in this way. The remaining Sensitivity drift is ß 0.04 9d / K, the total drift in the temperature interval from + 10 ° to + 500C is <0.5, again based on a full scale of 1 kbar. The non-linearity of the pressure-resistance relationship is <+ 1, too based on full scale.

Fig. 7 zeigt eine Schaltungsanordnung, mit der die angegebenen Kompensationen vorgenommen werden können. E bzw. ru sind n- bzw. p-dotierte Halbleiterkristalle 6 bzw. 7 nach Fig. 3.Fig. 7 shows a circuit arrangement with which the specified compensations can be made. E and ru are n- and p-doped semiconductor crystals 6 and 7 according to FIG. 3.

Ein erster OperationsverstärkerOP1 bildet die zur Nullpunktkompensation benötigte Spannung (α+1)uP. Ein zweiter Operationsverstärker OP2 bildet daraus die Differenz αUp - Un. Gleichzeitig kann hier eine Verstärkung der Ausgangsspannung erfolgen.A first operational amplifier OP1 forms the zero point compensation required voltage (α + 1) uP. A second operational amplifier OP2 forms it the difference αUp - Un. At the same time, the output voltage can be amplified here take place.

Ein dritter OperationsverstärkerOP3 bildet die zur Empfindlichkeitskompensation benötigte Spannung ß((Up)T -(u)TO), was ß (T - To) entspricht. Die Multiplikationgemäß (2) wird mit einem Analog-Multiplizierer M vorgenommen. ZweckmäBigerweise wird ein Multiplizierer mit Differenzeingängen X1, Y2 verwendet, so daß hier gleichzeitig die notwendigen Nullpunkteinstellungen vorgenommen werden können. Mit einem ersten Potentiometer P1wird am Eingang X2 eine Spannung p n T = T0, p = 0bar eingestellt, mit einem zweiten Potentiometer P2 am Eingang Y1 eine Spannung von 1 V. Ein drittes Potentiometer P3 dient zur Einstellung einer T0 entsprechenden Spannung. Der Multiplizierer bildet die Ausgangsspannung gemäß der Beziehung Uaus = (X1 - x2) (Y1 -also Dies ist die auf Nullpunkt- und Empfindlichkeitsdrift kompensierte Aufnehmerausgangsspannung Uaus die an den Ausgängen "aus", Z1 und Z2 auftritt Obwohl die Kompensation außerhalb des eigentlichen Druckaufnehmers elektronisch vorgenommen wrrd5 werden die zur Kom= pensation benötigten Meßsignale innerhalb des Druckaufnehmers gewonnen, so daß engste thermische Kopplung zwischen druck-und temperaturempfindlichem Sensor gewährleistet ist. Dies ist wichtig, da speziell bei höheren Drücken dickwandige Aufnehmergehäuse notwendig sind9 die eine Wärmeleitung vom Druck medium an einen außerhalb des Druckgefäßes befindlichen Temperatursensor verzögern würden, so daß messungen bei schnell veränderlichen Temperaturen sehr erschwert wärenc Schnelle Temperaturänderungen sind vor allem bei großen Druckänderungen aufgrund der nicht unerheblichen Kompressionswärme des Druckmediums zu erwarten Genaue Messungen sind daher nur mit einem Tempera-tursensor im Druckmedium möglich. Da bei dem vorgeschlagenden Aufnehmer Druck- Druck und Temperatursensor aus dem gleichen Material bestehen9 sind auch Wärmekapazität und Wärmeleitung bei beiden Sensoren identisch9 so daß auch hier keine Verfälschung von Meßergebnissen zu erwarten ist Am Ausgang der Verstärker OP1 bzw OF3 steht eine Spannung zur Verfügung, die proportional der Temperatur im Druckmedium ist. Die Erfindung gestattet also die gleichzeitige und unabhängige Messung von Druck und Temperatur innerhalb des Druckmediums3 was für viele technische Anwendungen, z.B. die Uberwachung von Hydrauliksystemen, vorteilhaft ist Die Temperatur- Widerstands-Charakteristik des p-GaSb ist im Bereich von 0° bis 600C linear innerhalb einer Fehlergrenze von 1 %.A third operational amplifier OP3 forms the voltage β ((Up) T - (u) TO) required for sensitivity compensation, which corresponds to β (T - To). The multiplication according to (2) is carried out with an analog multiplier M. A multiplier with differential inputs X1, Y2 is expediently used so that the necessary zero point adjustments can be made here at the same time. A first potentiometer P1 is used to set a voltage pn T = T0, p = 0bar at input X2, and a voltage of 1 V with a second potentiometer P2 at input Y1. A third potentiometer P3 is used to set a voltage corresponding to T0. The multiplier forms the output voltage according to the relationship Uout = (X1 - x2) (Y1 -also This is the transducer output voltage Uout, compensated for zero point and sensitivity drift, which occurs at the outputs "Aus", Z1 and Z2 Coupling between pressure-sensitive and temperature-sensitive sensor is guaranteed. This is important because thick-walled transducer housings are necessary, especially at higher pressures9, which would delay the conduction of heat from the pressure medium to a temperature sensor located outside the pressure vessel, so that measurements at rapidly changing temperatures would be very difficult Insignificant heat of compression of the pressure medium to be expected Exact measurements are therefore only possible with a temperature sensor in the pressure medium. Since the pressure, pressure and temperature sensor in the proposed transducer are made of the same material9, the heat capacity and heat conduction are identical for both sensors9 so that here, too, no falsification of measurement results is to be expected the temperature in the print medium. The invention thus allows the simultaneous and independent measurement of pressure and temperature within the pressure medium3, which is advantageous for many technical applications, e.g. monitoring hydraulic systems. The temperature-resistance characteristic of p-GaSb is linear within the range from 0 ° to 600C an error limit of 1%.

Es ist auch möglich, die für den vorgeschlagenen Aufnehmer benötigten n- und p-dotierten Halbleiter-Elemente auf ein und demselben Halbleiter-Kristall durch nachträgliche Dotierung zu erzeugen.It is also possible to use those required for the proposed transducer n- and p-doped semiconductor elements on one and the same semiconductor crystal to be generated by subsequent doping.

PatentansprücheClaims

Claims

PATENT CLAIMS: transducer for direct measurement of hydrostatic pressures, containing at least one pressure-sensitive semiconductor element from its pressure-dependent electrical resistance, an electrical variable proportional to the pressure can be derived is, characterized in that each pressure-dependent semiconductor element is a pressure-independent Semiconductor element is assigned the same temperature-resistance behavior and with this is subjected to the pressure to be measured.

2. Sensor according to claim 1, characterized in that the pressure-dependent Semiconductor element made of n-GaSb and the pressure-independent element made of p-GaSb.

3. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that both semiconductor elements are arranged on the same crystal.

4. Circuit arrangement in connection with a pressure transducer according to one of claims 1 to 3, wherein the semiconductor elements electrically connected in series are fed from a constant current source, characterized in that means for zero point compensation, for generating a voltage difference and for sensitivity compensation and a means for multiplication are provided.

5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the first means operational amplifier (Opi, OP2, OP3) and the further means one Analog multipliers (M) are.

6. Circuit arrangement according to one of claims 4 or 5, characterized characterized in that further means (P1, P2, P) are provided for setting voltages are.