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Elektrischer Druckanzeiger Die Erfindung bezieht sich auf elektrische
Druckanzeiger, bei denen der zu messende Druck auf eine Säule aus halbleitenden
Plättchen wirkt und den elektrischen Widerstand der Säule ändert.
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Derartige Druckanzeiger haben drei Arten von Anzeigefehlerm Sie zeigen
erstens eine zeitunabhängige Nachwirkung, die sich so äußert, daß der Widerstand
der Säule bei einer bestimmten Belastung verschiedene Werte hat, je nachdem, ob
die Belastung von niedrigeren oder höheren Werten her erreicht wurde. Sie haben
zweitens eine zeitabhängige Nachwirkung, die darin besteht, daß, der endgültige,
zu einer bestimmten Belastung gehörige Widerstand sich erst nach einer gewissen
Zeit einstellt. Sie zeigen drittens Schwankungen des Meßpunktes, die sich auf die
ersten beiden Fehler zurückführen lassen. Im Falle, daß die erste Nachwirkung allein
auftritt, streut der Meßpunkt zeitunabhängig in einem kleinen Bereich um einen mittleren
Wert. Wenn die zweite Nachwirkung allein auftritt, wandert der Meßpunkt unregelmäßig
in einem kleinen Bereich um den mittleren Wert.
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Der erste der genannten Anzeigefehler kann durch eine genau gleichmäßige
Bearbeitung, Lagerung und Beanspruchung der Säule beseitigt werden. Die Beseitigung
des zweiten Anzeigefehlers, nämlich der zeitabhängigen Nachwirkung, ist der Gegenstand
vorliegender Erfindung. Es hat sich gezeigt, daß diese Fehler verschwinden, wenn
man in dem Bereich der Säule, wo die Halbleiterplättchen an der metallischen Auflage
anliegen, für die Vermeidung der Kontraste in der elektrischen Leitfähigkeit und
der Oberflächenbeschaffenheit sorgt. Es hat den Anschein, daß die zeitabhängigen
Fehler davon herrühren, daß der Übergang dieser Eigenschaften vom Metall zum Halbleiter
norinalerweise Spitzen und Unstetigkeiten hervorruft, die unstabil sind und zunächst
nach einem Durchschnitt hindrängen (zeitabhängige Nachwirkung), um den herum dann
unregelmäßige Veränderungen auftreten (Meßpunktwandern).
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Die Vermeidung des Übergangskontrastes in der elektrischen Leitfähigkeit
wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß für die an den Enden liegenden Halbleiterplättchen
der Säule ein Werkstoff mit größerer elektrischer Leitfähigkeit als der der mittleren
Halbleiterplättchen gewählt wird. Die an den Enden liegenden Halbleiterplättchen
sind elektrisch so gut leitend, daß sie im Vergleich zu den mittleren Plättchen
für die Messung als Halbleiter keine Bedeutung haben. Die elektrische Leitfähigkeit
der mittleren Plättehen ist z. B. z Ohm-i°'n' und die der Zwischenplättchen etwa
zo ooo:Ohm-1e-1, während
die des Metalls rund 500 000 Ohm-1pm1
ist. Der- Übergang der elektrischen Leitfähigkeit von den mittleren Plättehen zu
den Plättchen an-den Enden ist dadurch störungsfrei gestaltet, daß letztere dieselbe
Oberflächenbeschaffenheit haben wie die mittleren Plättchen. Der Übergang der elektrischen
Leitfähigkeit von den. Zwischenplättchen zum Metall ist zwar unstetig, hat aber
wegen der großen Absolutwerte der Leitfähigkeit zu beiden Seiten der Unstetigkeit
keine Bedeutung für die Messung.
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Es ist an sich bekannt, zwischen der Auflagerung und dem Halbleiter
Plättchen mit größerer elektrischer Leitfähigkeit anzuordnen. Dabei handelt es sich
aber nicht um Halbleiterplättchen, die eine gleiche Oberflächenbeschaffenheit wie
die mittleren Halbleiterplättchen besitzen, sondern um metallische Zwischenlagen.
für die Abnahme des elektrischen Stromes. Bei vorliegender Erfindung ist eine metallische
Auflagerung vorausgesetzt.
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Gegenüber Halbleitern, die nur aus Kohleplättchen mit angrenzender
metallischer Auflagerung bestehen, hat die Erfindung den Vorteil, daß auch Halbleiter
mit wesentlich geringerer Leitfähigkeit ohne Nachteil. verwendet werden können.
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Der Kontrast irr der Oberflächenbeschaffenheit der Auflagerung und
der daran anschließenden Halbleiterplättchen wird gemäß der Erfindung dadurch beseitigt,
daß die am Metall anliegenden Endflächen der Säule galvanisch überzogen sind. Es.
hat sich gezeigt, daß auch bei Anwendung gut leitender Plättchen an den Enden durch
dieses Mittel eine weitere Verbesserung erzielt werden kann. Man muß annehmen, daß
ohne den galvanischen Überzug die gleichmäßige Druckübertragung vom Metall auf die
Säule durch den Kontrast der Oberflächen gestört wird, so daß ähnliche Fehler entstehen
wie bei Kontrasten in der elektrischen Leitfähigkeit. Für diese Annahme spricht
unter anderem, daß eine teilweise Galvanisierung der Oberflächen keinen Erfolg gab.
Die vollkommene Galvanisierung der am Metall anliegenden Flächen der Halbleiterplättchen
erzeugt einen innigen, unveränderlichen Übergang von der Oberfläche des Halbleiters
zu der Oberfläche des Metalls. Dadurch wird jede Unstetigkeit zwischen den beiden
Oberflächen sowie jede Veränderung vermieden..
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Es ist bisher bekannt, bei Halbleiterdruckmessern dünne Metallfolien,
z. B. Platinfolien, oder Quecksilber an der Übergangsstelle zu verwenden. Die Galvanisierung
von Halbleitern ist z. B. bei Kohlebürsten elektrischer Maschinen bekannt, bei denen
große Strommengen von der Bürste auf die Metalleitungen übertragen werden. Die Galivanisierung
im Falle der Erfindung hat einen, anderen, bisher nicht erkannten, Zweck. Sie soll
die Hysteresiserscheinungen in Halbleitermeßinstrumenten auf Grund des damit erzielten
gleichmäßigen Überganges der Oberflächen beseitigen.
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Der Aufbau und die Wirkung einer bisher und einer gemäß der Erfindung
verwendeten Halbleitersäule sind auf der Zeichnung in den Abb. i und z dargestellt.
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Auf der rechten Seite in Abb. i sind die Halbleiterplättchen a und
die anschließenden Metallkörper b schematisch angedeutet. Der Halbleiter besteht
aus einem Graphit. Das dazugehörige Schaubild stellt in Abszissenrichtung die Meßbelastung
der Halbleitersäulen in Kilogrammen und in Koordinatenrichtung die elektrische Widerstandsänderung
in Prozenten dar. Der gestrichelte Linienzug c zeigt die Meßergebnisse einer statischen
Eichung. Die angegebene Pfeilrichtung läßt erkennen, daß bei abfallender Belastung
die Widerstandsänderungen größer sind als bei zunehmender Belastung. Die ausgezogene
Linie d ist das Ergebnis einer dynamischen Eichung. Die Linie verläuft ähnlich,
ist jedoch von etwas anderer Größe. In keinem der dargestellten Fälle wird der gleiche
Nullpunkt erreicht.
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Aus Abb. z ist auf der rechten Seite der Aufbau einer Halbleitersäule
gemäß der Erfindung ersichtlich. Die mittleren: Plättchen a bestehen aus einer elektrisch
beliebig schlecht leitenden Mischung von Kohle mit Beigaben. Beiderseits schließen
sich daran je eire Plättchen e aus elektrisch möglichst gut leitender Kohle an.
Die an der Auflagerung b anliegende Oberfläche der Endplättchen e besitzt einen
galvanischen Überzug f. An Stelle von drei Plättchen a in der Mitte können selbstverständlich
auch jede andere Anzahl von Plättchen angeordnet werden.
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Auf der linken Seite in, Abb. z ist g die dazugehörige Eichkurve.
Sowohl statische als auch dynamische Messungen; liegen auf der einen Linie bei wachsender
und. fallender Belastung. Die Kurve besitzt ferner den wesentlichen Vorteil gegenüber
denjenigen der Abb. i, daß sie eine Gerade ist. Das lineare Verhältnis zwischen
Widerstands- und Belastungsänderung bedeutet praktisch, daß mit Hilfe des Instrumentes
die Belastung unmittelbar in konstanten Einheiten -gemessen werden kann, was bei
den bekannten elektrischen Druckanzeigern nicht der Fall ist.