Интегральный полупроводниковый преобразователь давления
Патент 1068748
Авторы
Классы МПК
Интегральный полупроводниковый преобразователь давления
Иллюстрации
Реферат
ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ, содержащий основание и прикрепленный к нему монокристаллический мембранный упругий элемент с утолщенной частью и размещенными на нем чувствительными элементами и концентраторами, отличающийся тем, что, с целью уменьшения размеров преобразователя и расширения диапазона измерений , в нем мембранный упругий элемент прикреплен к основанию боковой поверхностью , а концентраторы выполнены в ввде локальных углублений в утолщенной части упругого элемента, причем их длина , t расстояние от оси упругого элегде мента до концентратора; расстояние от оси упругого элемента до чувствительного элемента; § длина чувствительного элемента. (Л о 25 00
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
3(5И G 01 1 9/04
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3552489/18-10 (22) 06.10.82 (46) 23.01.84, Бюл. Р 3 (72) В. Н. Борщев, Я. В. Малков, Ю. М. Спалек и С. Д. Супрун (53) 531.787 (088.8) (56) 1. Патент США N 5513430, кл. С, 01 D 1/22
19.05.70.
2. Поливанов П. П. Кремниевый мембранный чувствительный элемент с двойной оправой" .— "Приборы и системы управления", У 7, 1979, с. 30 — 31 (прототип). (54) (57) ИНТЕГРАЛЬНЬ1Й ПОЛУПРОВОДНИ вЂ”
КОВЬ1Й ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ, содержащий основание и прикрепленный к нему монокристаллический мембранный упру„„SU» 10 748 А гий элемент с утолщенной частью и размещенными на нем чувствительными элементами и концентраторами, отличающийся. тем, что, с целью уменьшения размеров преобразователя и расширения диапазона измерений, в нем мембранный упругий элемент прикреплен к основанию боковой поверхностью, а концентраторы выполнены в виде локальных углублений в утолщенной части упругого элемента, причем их длина (» — Q
Р где — расстояние от оси упругого элемента до концентратора; у — расстояние от оси упругого элемента до чувствительного элемента;
2 — длина чувствительного элемента.
1068748
1 ), В, 1
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения различных физических величин, например давлений в широком диапазоне температур. 5
Известны датчики давления, содержащие корпус, в котором установлен упругий элемент из поликристаллического кремния — материала с близкими к кремниевому монокристаллическому упругому элементу свойства- 10 мн f1).
Недостаток устройства заключается в ограниченной возможности выполнить из этого материала деталь сложной формы и соединить образованный упругий элемент с прочими эле- 15 ментами конструкции преобразователя. Кроме того, температурный диапазон работы преобразователя ограничен.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является полупроводниковый 20 мембранный преобразователь, в котором упругий элемент закреплен в корпусе, а на мембране расположены чувствительные элементы.
Мембрана обрамлена внешней н внутренней оправами. Закрепление мембраны осуществляется по плоскости или с помощью эпоксидного компаунда, или герметика (2}.
Недостатком известного устройства являете ся большой размер преобразователя, поскольку отношение полезно используемой для пре- 30, образования площади упругого элемента ко всей его площади имеет незначительную величш у. Кроме того, в кольцевом концентраторе между оправами суммируются местные напряжения, создаваемые закреплением внеш- 35 ней оправы к основанию, с напряжениями, создаваемыми измеряемой величиной — давлением. Так как площадь, ограниченная кольцевым концентратором и включащая в себя его площадь, больше площади мембраны, то 40 при равенстве толщин дна кольцевого концентратора и мембраны верхний предел из- меряемого давления будет снижен во столько раз, во сколько максимальные напряжения в кольцевом коицентраторе больше со- 45 ответствующих напряжений в мембране. частью и размещенными на нем чувствительными элементами и концентраторами, мембранный упГугий элемент прикреплен к основанию боковой поверхностью, а концентраторы выполнены в виде локальных углублений в утолщенной части упругого элемента, причем их длина
I где — расстояние от оси упругого элемента до концентратора; т — расстояние от оси упругого элемента до чувствительного элемента; — длина чувствительного элемента.
На фиг. 1 изображен преобразователь давления, разрез; на фиг. 2 — то же. план; на фиг. 3 — распределение напряжений в упругом элементе.
Преобразователь. давления содержит мембран- ный упругий элемент 1, прикрепленный к основанию 2 боковой поверхностью через слой материала. 3, чувствительные элементы 4, преобразующие деформацию в электрический сигнал, н расположенные на нем концентраторы
5 в виде локальных углублений. Таким образом, каждый чувствительный элемент 4 локально отделен от мест прикрепления упругого элемента 1 к основанию 2 концентраторами 5, выполненными в утолщенной части упругого элемента. Такая конструкция позволяет перераспределить передаваемые напряжения от основания 2 к упругому элементу 1 и создать в местах расположения чувствитель- ных элементов 4 недеформируемую закреплением зону 6. Характер напряженного состояния упругого элемента, закрепленного боковой поверхностью в основании из материала, отличающегося коэффициентом линейного расширения, качественно совпадает с характером напряженного состояния нормального сечения кругового цилиндра, нагруженного равномерным давлением по контуру.
Работа преобразователя происходит следующим образом.
Давление, действующее на упругий элемент, вызывает изменение сопротивления чувствительных элементов, которые выдают сигнал
0ель изобретения — уменьшение размеров преобразователя и расширение диапазона измерении. 50
Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе, содержащем основание и прикрепленный к нему монокристаллический мембранный упругий элемент с утолщенной об измеряемом давлении.
Таким образом, в мембранном упругом элементе преобразователя создается недеформированная область в местах расположения чувствительных элементов от температурной деформации основания, что позволяет уменьшить размеры преобразоват.rs и расширить диапазон его измерений.
1068748
Фиг 2 ВЯИИПИ Заказ 11450/35
Тираж 827 Поднисное
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4