Электронный датчик гидростатического давления

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЭЛЕКТРОННЫЙ ДАТЧИК ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Трухан Владимир МихайловичНестерук Юлия АлександровнаШелег Александр УстиновичМоллаев Ахмедбек ЮсуфовичКамилов Ибрагимхан КамиловичАрсланов Расул КачалаевичСайпулаева Луиза Абдурахмановна(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Электронный датчик гидростатического давления, содержащий диэлектрическую подложку с расположенным на ней чувствительным элементом на основе монокристаллической структуры, отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде пластины из монокристалла диарсенида цинка -типа, ориентированного в направлении 001 с плотностью дислокаций 1102 см-2 и концентрацией носителей -типа 11014 см-3, на которую нанесены омические контакты с припаянной к ним токопроводящей проволокой,причем указанная пластина зафиксирована на диэлектрической подложке прижимными клеммами. 17572 1 2013.10.30 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения гидростатического давления. Известен электронный датчик, который содержит диэлектрическую подложку с расположенным на ней полупроводниковым каналом, выполненным из полупроводникового алмаза и имеющим два омических токопроводящих канала и два омических холловских противолежащих канала на боковых поверхностях канала, внешняя поверхность которого покрыта слоем диэлектрика, на поверхности которого расположен электрод затвора 1. Предлагаемая трехслойная алмазная конструкция диэлектрик-полупроводник-диэлектрик образована гомогенными слоями, и границы раздела между слоями когерентны. Полученный электронный датчик давления имеет рабочую температуру до 500 С. Недостаток указанного электронного датчика заключается в сложности его изготовления. Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является электронный датчик гидростатического давления, состоящий из диэлектрической подложки, на верхней поверхности которой расположена нижняя обкладка конденсатора и мембрана. Мембрана датчика представляет собой жесткую массу, состоящую из титанового сплава и диэлектрической пленки из диэлектрического сапфира, на поверхности которой расположена тензометрическая схема, элементы которой, в том числе и тензометрический мост, выполнены на основе монокристаллической структуры кремний на сапфире 2. Принцип работы датчика 2 основан на преобразовании деформации мембраны и тензометрического моста в электрический сигнал с выходом на емкостный чувствительный элемент и тензометрический мост на основе монокристаллической структуры кремний на сапфире. Недостатком прототипа является сложность конструкции и невысокая точность измерения, отсутствие конкретных значений измеряемых давлений - указаны только верхние пределы, которые находятся в интервале давлений от 0,03 кПа до 1000 МПа. Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в измерении гидростатического давления с высокой точностью в интервале от 0 до 7 ГПа, расширении номенклатуры материалов, применяемых в чувствительных элементах, и упрощении конструкции датчика. Поставленная задача решается тем, что в электронном датчике гидростатического давления, содержащем диэлектрическую подложку с расположенным на ней чувствительным элементом на основе монокристаллической структуры, в качестве чувствительного элемента использована пластина из монокристалла диарсенида цинка -типа, сопротивление которого зависит от измеряемого давления, и по величине сопротивления судят о давлении. Конструкция датчика представлена на фиг. 1, где 1 - диэлектрическая подложка,2 - монокристаллическая пластина из диарсенида цинка -типа с нанесенным контактолом 3 для создания омических контактов и токопроводящей проволоки 4. Пластинка фиксируется прижимными клеммами 5. Для измерения значений сопротивления и, соответственно,гидростатического давления используют вольтметр 6. На фиг. 2 представлена зависимость электросопротивления от давления монокристалла -2. Сущность изобретения состоит в том, что в предложенном устройстве используют преобразование значений электросопротивления от 19 до 2 Ом и давление от 0 до 7 ГПа,применяя чувствительный элемент в виде пластины из монокристалла диарсенида цинка р-типа, выращенного по технологии 3, ориентированного в направлении 001 с плотностью дислокаций 1102 см-2 и концентрацией носителей -типа 11014 см-3. Устройство работает следующим образом. Помещают датчик, выполненный согласно конструкции (фиг. 1), в зону, где необходимо определить гидростатическое давление. Измеряя сопротивление образца диарсенида цинка -типа по показаниям вольтметра, определяют давление (таблица и фиг. 2). 2, Ом 18,9 17,15 15,46 13,80 12,33 10,83 9,28 8,0 6,73 5,4 4,33 3,33 2,45 2,03 1,8 Р, ГПа 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 Пример конкретного выполнения датчика гидростатического давления на основе пластины из монокристалла диарсенида цинка -типа включает несколько этапов. На первом этапе выращивают монокристаллы диарсенида цинка согласно патенту 3. В предложенной технологии объединены синтез и выращивание -2 в единый технологический процесс. В результате получают монокристаллы 2 диаметром 18-20 мм и длиной 30-50 мм, у которых концентрация носителей заряда -типа составляет 11014 см-3. Полученный монокристалл ориентируют по направлениям 001 с помощью установки ДРОН-3 и вырезают образцы в виде пластины, на которую при помощи контактола наносят серебряные контакты, а к ним припаивают токопроводящую проволоку, которую присоединяют к вольтметру. В качестве диэлектрической подложки используют фторопластовую капсулу с электровводами. Датчик прост в изготовлении и эксплуатации и имеет большую точность, так как значение сопротивлений изменяется на порядок при изменении давления от 0 до 7 ГПа. Измерение давления легко автоматизировать. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3