Интегральный тензопреобразователь

Интегральный тензопреобразователь

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к интегральным первичным преобразователям механических величин. Цель изобретения - уменьшение величины и температуры дрейфа разбаланса. Тензопреобразователь содержит упругий элемент из кремния, на поверхности которого выполнена тензорезистивная структура (ТС). ТС выполнена в виде регулярной ортогональной сетки с квадратными ячейками. К каждому узлу сетки выполнен электрический контакт. Тензорезисторы ТС расположены симметрично относительно центра упругого элемента, выполненного, например, в виде прямоугольной мембраны и ориентированы вдоль взаимно перпендикулярных направлений максимальной тензочувствительности. Сетка по каждой из координат содержит не менее четырех ячеек. Тензорезисторы, расположенные по внешнему периметру сетки, выполнены в два раза уже остальных по ширине. 11 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к нагревательным первичным преобразователям механических величин. Цель изобретения - уменьшение величины и температурного дрейфа разбаланса. На фиг. 1 показан топологический чертеж "сетчатой" тензорезистивной структуры; на фиг. 2 приведен пример реализации кристалла преобразователя в случае датчика давления; на фиг. 3-11 показаны варианты включения квадратной тензорезисторной сетки с четырьмя ячейками. Тензопреобразователь (см. фиг. 1) содержит упругий элемент 1, на котором расположена кремниевая тензорезистивная структура 2 в виде регулярной ортогональной сетки с квадратными ячейками, к каждому узлу 3-6 которой сформирован электрический контакт. Тензорезистивные элементы 7 и 8, расположенные по внешнему периметру сетки, выполнены в два раза уже остальных тензорезистивных элементов 9 и 10 по ширине. В случае датчика давления кристалл преобразователя может быть выполнен следующим образом. Кристалл 11, выполненный из кремния n-типа, с поверхностью, совпадающей с кристаллической плоскостью (100), содержит упругий элемент 1 в виде прямоугольной мембраны, стороны которой ориентированы вдоль направлений семейства 110. В центре мембраны сформирована "сетчатая" тензорезистивная структура 2, образованная тензорезистивными элементами р-типа. Работает преобразователь следующим образом. Между узлами 3 тензорезистивной сетки, расположенными относительно друг друга на расстояниях, равных двум ячейкам сетки по всей ее площади, и узлами 4 сетки, расположенными на противоположных узлам 3 углах ячеек сетки, подается напряжению питания. В узлах 5 и 6 устанавливается напряжение, приблизительно равное половине напряжения питания. При воздействии измеряемой величины на преобразователь происходит измерение величин сопротивлений тензорезистивных элементов 7-10, причем знаки приращений сопротивлений элементов 7, 9 и 8, 10, расположенных перпендикулярно друг другу, противоположны. Это приводит к изменению напряжений в узлах 5 и 6 сетки, причем знаки приращений напряжений в узлах 5, расположенных относительно друг друга на расстояниях, равных двум ячейкам сетки по всей ее площади, и в узлах 6, расположенных на противоположных узлам 5 углах ячеек сетки, противоположны. В качестве выходного сигнала берется напряжение между выбираемыми в результате предварительных измерений, определенным узлом 5 и определенным узлом 6, либо группой электрически объединенных узлов 5 и группой электрически объединенных узлов 6. Для сетки тензорезисторов с четырьмя ячейками можно реализовать девять вариантов включения (см. фиг. 3-11), причем во всех случаях за счет выполнения внешних тензоэлементов в два раза уже остальных по ширине обеспечивается равенство величины потенциалов в узлах 5 и 6, расположенных по внешнему периметру сетки. Учитывая случайный характер таких величин, как начальный разбаланс и его температурный дрейф, а также большое количество разнообразных вариантов съема сигнала с преобразователя, вероятность получения малых значений начального разбаланса и его температурного дрейфа очень велика. Максимальное количество ячеек сетки ограничивается размером чувствительной области упругого элемента, а также минимально допустимым значением входного сопротивления. Преобразователь может быть реализован по стандартной технологии ИС в сочетании с технологией микропрофилирования кремниевых структур без каких-либо отличий от процесса изготовления традиционных тензорезистивных преобразователей. (56) Заявка Японии N 56-23316, кл. Н 01 L 29/84, 1981. Ваганов В. И. Интегральные тензопреобразователи. - М. : Энергоатомиздат, 1983, с. 43, 95.

Формула изобретения

ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий упругий элемент с тензорезистивной структурой в виде квадратной ячейки с электрическими контактами, тензорезисторы которой расположены симметрично относительно центра упругого элемента и ориентированы вдоль взаимно перпендикулярных направлений максимальной тензочувствительности, отличающийся тем, что, с целью уменьшения величины и температурного дрейфа разбаланса, тензорезистивная структура выполнена в виде регулярной ортогональной сетки с квадратными ячейками, содержащей по каждой из координат не менее двух ячеек, причем тензорезисторы, расположенные по внешнему периментру сетки, выполнены в два раза уже остальных, а электрические контакты сформированы к каждому узлу сетки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11