Высокотемпературный полупроводниковый тензорезистор
Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к высокотемпературным полупроводниковым тензорезисторам, используемым как чувствительные элементы в датчиках, применяемых для измерения и контроля деформаций и напряжений в деталях любого энергетического оборудования, двигателей внутреннего сгорания и других машин, работающих в условиях воздействия высоких температур, при циклических теплосменах и длительном стационарном режиме.
Техническим результатом полезной модели является создание новой конструкции высокотемпературного полупроводникового тензорезистора, обладающего повышенной величиной тензочувствительности и более расширенным температурным диапазоном.
Технический результат достигается при применении конструкции высокотемпературного полупроводникового тензорезистора, содержащего подложку, выполненную из полимерного материала, тензочувствительную пленку, закрепленную на подложке, и металлические контактные площадки, в котором полимерным материалом, из которого выполнена подложка, является органосиликатная композиция ОС-52-24 (ТУ 88-3451-12205-24-11-2010), а тензочувствительная пленка выполнена из моносульфида самария.
В таком высокотемпературном полупроводниковом тензорезисторе тензочувствительная пленка может быть закрыта сверху защитным элементом, изготовленным из органосиликатной композиции ОС-52-24.
2 п.ф.; 1 илл.
Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к высокотемпературным полупроводниковым тензорезисторам, используемым как чувствительные элементы в датчиках, применяемых для измерения и контроля деформаций и напряжений в деталях любого энергетического оборудования, двигателей внутреннего сгорания и других машин, работающих в условиях воздействия высоких температур, при циклических теплосменах и длительном стационарном режиме.
Известен высокотемпературный тензорезистор, включающий чувствительный элемент, соединенный с выводными проводниками и прикрепленный к подложке или поверхности объекта посредством связующего на основе органосиликатного материала марки В-58 (ОC-82-01). Материал наносится в качестве подслоя и затем приклеивается к подслою чувствительного элемента по простой лакокрасочной технологии с последующим отверждением (Е.Ю.Нехедзи, Н.П.Харитонов. Тензометры сопротивления для измерения статических деформаций при повышенных температурах. Л., "Знание", ЛДНТП, 1962, 59 с.).
Недостатком известного высокотемпературного тензорезистора является то, что он пригоден для эксплуатации в условиях циклических теплосмен только до температуры не более 550°C. При этом связующее OC-82-01 имеет недостаточную клеящую способность.
Известны также наклеиваемые полупроводниковые тензорезисторы, чувствительным элементом которых является вырезаемая из монокристалла кремниевая пластинка, укрепленная на полимерной подложке. Концы кремниевой пластинки соединены с контактными площадками перемычками из золотой проволоки (И.Немец. Практическое применение тензорезисторов. М., "Энергия", 1970, с.9).
Нелинейность характеристик, большая зависимость от внешних воздействий (температуры, света) не позволяют реализовать преимущества, возникающие вследствие большой тензочувствительности, а большая трудоемкость создания, а следовательно, и цена, делают их недоступными для широкого использования.
Наиболее близкими к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату являются висмутовые пленочные полупроводниковые тензорезисторы (Д.Т.Анкудинов, К.Н.Мамаев. Малобазные тензодатчики сопротивления. М., "Машиностроение", 1968, с.47-51) - прототип.
На подложке, выполненной из полимерного материала, закреплена тензочувствительная пленка из висмута и металлические контактные площадки.
Недостатками прототипа являются его низкая тензочувствительность (коэффициент тензочувствительности 50-130) и недостаточно высокий температурный диапазон (до 400°C).
Техническим результатом заявляемой полезной модели является создание новой конструкции высокотемпературного полупроводникового тензорезистора, обладающего повышенной величиной тензочувствительности и более расширенным температурным диапазоном.
Технический результат достигается тем, что в конструкции высокотемпературного полупроводникового тензорезистора, содержащего подложку, выполненную из полимерного материала, тензочувствительную пленку, закрепленную на подложке, и металлические контактные площадки, согласно полезной модели, полимерным материалом, из которого выполнена подложка, является органосиликатная композиция ОС-52-24 (ТУ 88-3451-12205-24-11-2010), а тензочувствительная пленка выполнена из моносульфида самария.
В таком высокотемпературном полупроводниковом тензорезисторе тензочувствительная пленка может быть закрыта сверху защитным элементом, изготовленным из органосиликатной композиции ОС-52-24.
Такая конструкция высокотемпературного полупроводникового тензорезистора содержит подложку, сформированную из органосиликатной композиции ОС-52-24 (ТУ 88-3451-12205-24-11-2010), на которой закреплен тензочувствительный элемент, являющийся тонкой пленкой конденсата паров моносульфида самария, полученной в условиях высокого вакуума. Тензорезистор сверху может быть закрыт от атмосферного воздействия защитным элементом, также изготовленным из органосиликатной композиции ОС-52-24. Это связующее обладает хорошими диэлектрическими и адгезионными характеристиками, которые остаются вполне удовлетворительными для целей тензометрии до 1100°C. Моносульфид самария, из которого сформирован чувствительный элемент тензорезистора, является высокотемпературным радиационностойким материалом (температура плавления его 2400°C). Будучи защищен от атмосферного воздействия органосиликатной композицией он также может работать при температуре 1100°C, при этом входя в состав заявляемого высокотемпературного полупроводникового тензорезистора, такой чувствительный элемент повышает его коэффициент тензочувствительности до 150.
Сопоставительный анализ заявляемой полезной модели и прототипа выявляет наличие отличительных признаков у заявляемого устройства по сравнению с наиболее близким аналогом, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию полезной модели "новизна".
Наличие отличительных признаков дает возможность получить положительный эффект, заключающийся в создании нового высокотемпературного полупроводникового тензорезистора, обладающего повышенной величиной тензочувствительности и более расширенным температурным диапазоном.
Применение заявляемой полезной модели в измерительной технике определяет соответствие ее критерию "промышленная применимость".
Общий вид заявляемого высокотемпературного полупроводникового тензорезистора в разрезе изображен на прилагаемом чертеже.
Высокотемпературный полупроводниковый тензорезистор содержит подложку 1, выполненную из органосиликатной композиции ОС-52-24, на которой закреплена тензочувствительная пленка 2, выполненная из моносульфида самария с размещенными на ней контактными металлическими площадками 3. Тензочувствительная пленка может быть закрыта сверху защитным элементом 4, изготовленным также из органосиликатной композиции ОС-52-24. Выводные проводники на чертеже условно не показаны.
Высокотемпературный полупроводниковый тензорезистор работает следующим образом.
По соответствующей технологии он наклеивается на поверхность исследуемой детали. При механических силовых воздействиях деталь деформируется (растягивается или сжимается), при этом растягивается или сжимается и наклеенный на деталь тензорезистор на величину 
L, получая относительную деформацию L/L, что, в свою очередь, приводит к относительному изменению сопротивления R/R тензорезистора. Величины L/L и R/R связаны между собой через коэффициент тензочувствительности: R/R=K·L/L, где K - коэффициент тензочувствительности.
Измерение величины относительного изменения сопротивления тензорезистора производится с помощью тензоусилителей.
В заявляемом высокотемпературном полупроводниковом тензорезисторе выполнение подложки из органосиликатной композиции ОС-52-24, а тензочувствительной пленки - из моносульфида самария, приводит к увеличению коэффициента тензочувствительности и к расширению температурного диапазона по сравнению с прототипом.
1. Высокотемпературный полупроводниковый тензорезистор, содержащий подложку, выполненную из полимерного материала, тензочувствительную пленку, закрепленную на подложке, и металлические контактные площадки, отличающийся тем, что полимерным материалом, из которого выполнена подложка, является органосиликатная композиция ОС-52-24, а тензочувствительная пленка выполнена из моносульфида самария.
2. Высокотемпературный полупроводниковый тензорезистор по п.1, отличающийся тем, что тензочувствительная пленка закрыта сверху защитным элементом, изготовленным из органосиликатной композиции ОС-52-24.
