3.6. Напівпровідниковий тензодавач на основі гетероструктури (Te-GaAs)
Відомо, що р-п переходи є чутливими до деформацій, однак більш чутливими є напівпровідникові гетероструктури. Розроблений давач є сплавною гетероструктурою, що складається із центрального циліндричного тензорезистора TP і охоплюючого його коаксіального TP. Центральний TP виконаний із тугоплавкого напівпровідника (HK GaAs n-типу), а коаксіальний TP виконаний із легкоплавкого (трубчастий кристал Те р-типу). Сплавлення здійснюють пропусканням імпульсу струму через центральний TP. Параметри імпульсу (амплітуда, тривалість) забезпечують плавлення ннзькоплавкого TP. Кращі результати, як з точки зору керування режимами, так і якістю одержаних гетероструктур (коефіцієнт випрямлення), одержані при сплавленні напівпровідників за допомогою розряду конденсатора в атмосфері інертного газу. Рахуючи час (t) виділення теплоти Q адекватним часу її передачі низьконлавкому напівпровіднику шляхом теплопровідності і використовуючи рівняння теплопровідності для порожнистого циліндра:
(12)
де k - коефіцієнт теплопровідності (5 кал/см2 с-град), d1/d2 = 1,5 -відношення діаметрів порожнистого циліндра, Тпл = (723 K) - температура плавлення Те, визначаємо τ, який становить 3,5W6 с.
При дії деформації на обидва тензочутливі елементи їх кристалічні ґратки деформуються узгоджено, що збільшує корисний сигнал. Крім того, виникаючі дефекти зосереджуються
у вузькому шарі р-n переходу, в результаті чого є перевищення чутливості у 4 рази. При використанні вказаних пар напівпровідників неузгодженість кристалічних ґраток становить 4,5 % ( II до осі C) і 22,8 % ( перп. до осі C), що забезпечує підвищену чутливість до поперечних деформацій, а також до гідростатичного тиску. Деякі гетероструктури (Te-Ge, Te-Si, Ge-GaAs, Si-GaAs) відомі як чутливі елементи фотодетекторів. Дана гетероструктура описана вперше. Переріз давача показаний нижче (рис.14), де 1-циліндричний TP, 2 - коаксіальний TP, 3 - р-n перехід.
3.7. Сенсор для одночасного вимірювання деформації і температури
Відомі тензотермодавачі, виготовлені з металевих дротин, які містять тензочутливий елемент та охоплюючий його термочутливий елемент . Їх недоліком є низька чутливість та значні габарити. Більш мініатюрним є малобазний тензодавач з ниткоподібного кристала, який містить тензочутливі області n- і р-типу, і р-n перехід між ними, що використовується для вимірювання температури .
Розроблено сенсор, що містить тензочутливий елемент трубчастої форми 1, ізоляційне покриття 2, термочутливий елемент 3, струмопідводи до тензочутливого 4,5 і термочутливого 6,7 елементів. Схема включає також вимірювальний прилад 8, перемикач 9 (рис.15).
Рис. 15. Схема давана для одночасного вимірювання деформації та температури
Термочутливий елемент виготовляли з ниткоподібного кристала телуру трубчастої форми. Коефіцієнт його тензочутливості високий (>|100|) у широкому інтервалі температур. Як термочутливий елемент використовували HK GaP(0,4)As(0,6), легований сіркою, який як терморезистор працює в інтервалі температур 173-473 K.
Перемикач 9 дозволяє використовувати один і той самий цифровий прилад 8 (В7-16) для вимірювання опорів елементів 1 і 3. Давачі повинні бути попередньо проградуйовані. Термочутливий елемент не зазнає впливу деформації, так як знаходиться у порожнині тензочутливого елемента, що підвищує точність вимірювання.