PL64376B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 29.11.1972 64376 KI. 42 k, 14/04 MKP GOI 1,11/00 UKD Twórca wynalazku: Wojciech Wlodarski Wlasciciel patentu: Politechnika Warszawska, Warszawa (Polska) Czujnik cisnienia hydrostatycznego Przedmiotem wynalazku jest czujnik cisnienia hydro¬ statycznego.Do znanych elektrycznych czujników do pomiaru ci¬ snienia hydrostatycznego zalicza sie przede wszystkim rezystancyjne czujniki metaliczne, czujniki pólprzewod¬ nikowe monokrystaliczne, oraz czujniki pólprzewodni¬ kowe zlaczowe.Stosowany najczesciej w miernictwie cisnieniowym re- zystancyjny czujnik metaliczny wykonany z manganinu to jest stopu miedzi z manganem i niklem, charaktery¬ zuje sie dluga i zmudna technologia majaca na celu uzyskanie powtarzalnych wyników oraz malym wspól¬ czynnikiem temperaturowym. Wspólczynnik ten definio¬ wany jako wzgledna zmiana rezystancji na jednostke temperatury przy stalym cisnieniu, czyli (—) \ RdT/ R dT / p = const ma dla manganinu wartosc rzedu 10-^*... 10—5 deg—1 w pewnym waskim zakresie zmiany temperatury, zalezy jednak od cisnienia.Czujniki pólprzewodnikowe monokrystaliczne (np. tellur lub antymonek indu) maja wartosc wspólczynnika temperaturowego przecietnie o dwa rzedy wieksza, a wiec 10—2 deg—1. Z czujników pólprzewodnikowych zla- czowych najwieksze zastosowanie znalazla dioda tunelo¬ wa z obszarem rezystancji ujemnej, która nie daje jed¬ nak mozliwosci ciaglego pomiaru cisnienia, a jedynie daje mozliwosc jego sygnalizacji. 10 15 20 25 30 Dla pomiaru cisnienia przy pomocy diody tunelowej nalezy droga specjalnych zabiegów technologicznych zlikwidowac obszar rezystancji ujemnej. Nie istnieje za¬ tem mozliwosc zastosowania do pomiaru cisnienia hy¬ drostatycznego zlacza tunelowego wyprodukowanego do innych celów.Wada tego czujnika jest poza tym ograniczenie od góry zakresu mierzonego cisnienia spowodowane mala wytrzymaloscia mechaniczna zlacza tunelowego.Przy zastosowaniu zwyklego zlacza pólprzewodniko¬ wego zakres mierzonych cisnien hydrostatycznych jest co prawda znacznie wiekszy niz przy zastosowaniu diody tunelowej lecz zmiany parametrów elektrycznych pod wplywem cisnienia sa male i trudnomierzalne. Celem zwiekszenia czulosci pomiaru mozna zastosowac tranzy¬ stor jako czujnik cisnienia hydrostatycznego.Dla takich pólprzewodnikowych czujników zlaczo- wych jak dioda tunelowa, dioda zwykla czy tranzystor wspólczynnik temperaturowy definiowany jako wzgled¬ na zmiana napiecia lub pradu na jednostke temperatury przy stalym cisnieniu czyli P = dU U dT / p = const lub P UdT/] = const ma wartosc rzedu 10—3...10—2 .deg—1. Przy zastosowaniu wiec wszystkich z powyzej wymienionych czujników wystepuje trudny problem kompensacji temperaturowej.Celem wynalazku jest zmniejszenie wspólczynnika temperaturowego czujnika oraz zwiekszenie czulosci ci- 6437664376 snieniowej przez zastosowanie tranzystora polowego ja¬ ko czujnika cisnienia hydrostatycznego.Cel ten zostal osiagniety przez opracowanie czujnika wedlug wynalazku stanowiacego przyrzad pólprzewodni¬ kowy w postaci umocowanego w obudowie przenoszacej cisnienie na przyklad plastykowej lub bez niej, tranzy¬ stora polowego zlaczowego FET lub tranzystora polo¬ wego z izolowana elektroda sterujaca MOS FET, pola¬ czonego najkorzystniej w ukladzie ze wspólnym zródlem lub ze wspólnym drenem o charakterystyce wzorcowania wyrazonej zaleznoscia zmiany napiecia zródlo — bramka w funkcji cisnienia przy stalym pradzie drenu o warto¬ sci równej * pradowi autokompensacji zapewniajacej wspólczynnik temperaturowy równy zeru lub zblizony do zera, albo tez zaleznoscia pradu drenu od cisnienia przy takiej wartosci napiecia zródlo — bramka przy której wspólczynnik temperaturowy pradu drenu jest równy ze¬ ru lub zblizony do zera.Czujnik cisnienia wedlug wynalazku zostal przedsta¬ wiony na rysunku na którym fig. 1 przedstawia charak¬ terystyki przejsciowe czyli zaleznosci drenu ID od na¬ piecia zródlo — bramka UGs tranzystora polowego FET lub MOS FET dla trzech róznych wartosci tempe¬ ratury Ti T2 T3, fig. 2 zmiany w przebiegu charaktery¬ styki przejsciowej spowodowane dzialaniem na tranzy¬ stor cisnienia hydrostatycznego, fig. 3 charakterystyke wzorcowania tranzystora polowego jako czujnika cisnie¬ nia hydrostatycznego.Z charakterystyk przejsciowych tranzystora polowego przedstawionych na fig. 1 wynika, ze charakterystyki te przecinaja sie w jednym punkcie A. Czyli dla UGs = = UA prad drenu nie zalezy od temperatury. Zjawisko to powstaje w wyniku sprzecznego wplywu dwóch czyn¬ ników na prad drenu. Pierwszym z tych czynników jest konduktancja kanalu, która maleje z temperatura, co jest powodem malenia pradu drenu. Drugim natomiast czynnikiem, napiecie kontaktowe na zlaczu, które male¬ je z temperatura co powoduje, ze prad drenu ma ten¬ dencje do wzrostu.Z fig. 2 wynika, ze ze wzrostem cisnienia hydrosta¬ tycznego dzialajacego na tranzystor polowy napiecie zródlo — bramka maleje.Wspólczynnik temperaturowy napiecia zródlo — bram¬ ka tranzystora polowego definiowany jako / I dUGs\ \ Ugs dT / P,Jd const dla wartosci JD = JDA ma wartosc zblizona do zera co pozwala na realizacje kompensacji temperaturowej. 5 Na fig. 3 pokazano charakterystyke wzorcowania tran¬ zystora polowego jako czujnika cisnienia hydrostatycz¬ nego czyli zaleznosc zmiany napiecia zródlo — bramka UGs w funkcji cisnienia przy stalym pradzie drenu ID = IDA o takiej wartosci przy której jego wspólczyn- 10 nik temperaturowy jest równy zeru lub zblizony do ze¬ ra. Charakterystyka ta ma przebieg liniowy.Zastosowanie czujnika cisnienia hydrostatycznego we¬ dlug wynalazku pozwala na zmniejszenie wartosci wspól¬ czynnika temperaturowego w porównaniu ze stosowany¬ mi obecnie czujnikami zlaczowymi, przy jednoczesnym zwiekszeniu czulosci pomiaru cisnienia. Tranzystor po¬ lowy pozwala na pomiar cisnienia hydrostatycznego w szerokim zakresie.Dodatkowa zaleta czujnika wedlug wynalazku jest mozliwosc zastosowania do pomiaru cisnienia hydro¬ statycznego przyrzadu pólprzewodnikowego produkowa^ nego seryjnie do innych celów.Czujnik wedlug wynalazku ma równiez zastosowanie w elektrycznych pomiarach sil, naprezen, drgan i przy¬ spieszen. PL PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe 30 Czujnik cisnienia hydrostatycznego w postaci umiesz¬ czonego w obszarze mierzonego cisnienia i wspólpracu¬ jacego z ukladem pomiarowym przyrzadu pólprzewod¬ nikowego, umocowanego w obudowie przenoszacej ci¬ snienie lub bez niej znamienny tym, iz stanowi go tran- zystor polowy zlaczowy lub tranzystor polowy z izolo¬ wana elektroda sterujaca polaczony najkorzystniej w ukladzie ze wspólnym zródlem lub ze wspólnym drenem o charakterystyce wzorcowania wyrazonej zaleznoscia zmiany napiecia zródlo — bramka w funkcji cisnienia 40 Przy stalym pradzie drenu o wartosci równej pradowi autokompensacji zapewniajacej wspólczynnik tempera¬ turowy równy zeru lub zblizony do zera albo tez zalez¬ noscia pradu drenu od cisnienia przy wartosci napiecia zródlo — bramka przy której wspólczynnik temperaturo- 45 wy pradu drenu jest równy zeru lub zblizony do zera. 15 20 25KI. 42 k, 14/04 64376 MKP GOI 1,11/00 Fig. i Fig. 2 lUGS h = ht Fig. 3 PL PL