Интегральный преобразователь давления

Интегральный преобразователь давления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Интегральный преобразователь давления может быть использован для измерения давления с повышенной точностью при воздействии нестационарных температур. При воздействии нестационарной температуры на преобразователь, у которого терморезистор 5 выполнен в виде четырех идентичных частей, расположенных в углах мембраны 1, точность температурной компенсации будет существенно выше, т.к. терморезистор более равномерно воспринимает температуру. Резистивные полоски терморезистора должны находиться на границе раздела мембраны и опорного основания, т.к. при их удалении от нее ухудшаются условия для повышения чувствительности преобразователя. Повышается также технологичность, т.к. нет необходимости при расчете топологии в введении дополнительных угловых координат. 2 ил.

союз сове тсних

СОЦИА ЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А) (19) (11) (51) 4 С 01 Ь 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР 1) 4337296/24-10 (22) 06. 11.87 (46) 15. 10.89. Бюл. )) 38 (72) Е.М. Белозубов и В.Д. Еськин (53) 53 1.787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1425487, кл. С Ol L 9/04, 1987. (54) ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ДАВЛЕНИЯ (57) Интегральный преобразователь, давления может быть использован для измерения давления с повышенной точностью при воздействии нестационарных температур. При воздействии нестационарной температуры на преобразо2 ватель, у которого термореэистор 5 выполнен в виде четырех идентичных частей, расположенных в углах мембраны l, точность температурной компенсации будет существенно выше, т.к. терморезистор более равномерно воспринимает температуру. Реэистивные полоски терморезистора должны находиться на границе раздела мембраны и опорного основания, т.к. при их удалении от нее ухудшаются условия для повышения чувствительности преобразователя. Повышается также технологичность, т.к; нет необходимости при расчете топологии в введении дополнительных угловых координат. 2 ил.

1515082

Изобретcnèå относится к из .ерц— тельной I åõnnêå, в частности к интегральным тецзопреобразователям, предназначенным для использования ц различных областях науки и техники, связанных с измерением давления.

Целью изобретения является повышение технологичности, упрощение конструкции прц воздействии нестациоцарцой 10 температуры измеряемой среды.

На фиг. 1 и 2 схематично изображен интегральный преобразователь давления.

Интегральный преобразователь давления представляет собой моцокрцс — 15 талл кремния, в котором способом ациэотропного травления выполнена квадратная мембрана 1 за одно целое с опорным основанием 2. Плоскость мембраны совпадает с основной кристалло- 20 графической плоскостью (001), а стороны мембраны ориентированы вдоль взаимно перпендикулярных направпений (110) ц (110>. Тецзорезисторы 1, R2, R3, R4 р-типа проводимости сформированы диффузией бора и расположены в периферцицых областях мембраны, причем тецзорезисторы с одинаковым знаком чувствительности расположены у противоположных сторон мембраны. По- 30 верхностцое сопротивление тецэорезисторов 100 Ом/квадрат. Для соединения тецзорезисторов в замкнутую мостовую схему используются высоколегированные соединительные области 3 с поверхностным сопротивлением 11 Ом/квадрат: контактные площадки 4 выполнены из алюминия. Контактные площадки при помощи гибких выводой соединены с источником напряжения и резистором (ца 40 фиг. 1, 2 це показаны).

Терморезпстор 5 выполцец в виде, двух соединенных между собой взаимно перпецдикул

6 и. 7, расположенных в одном из углов мембраны вдоль одного цз цаправлеццй

4110>, причем резистивные полоски касаются границы раздела мембраны и опорного основания. Терморезцстор расположен в одном из углов мембрацы

50 для того, чтобы иметь полностью замкнутый мост с односторонним расположением соединительных областей. Поверхностное сопротивление тенэорезистора

1000 Ом/квадрат.

Форма и размеры реэистивцых полосок идентичны друг другу.

С целью повышения точности температурной компенсации прц воздействци цестапиоцлрцой температуры измеряемой среды терморезистор может быть выполнен в виде четырех идентичных частей, расположеццых во всех четырех углах мембраны и соединенных между собой высоколегироваццыми перемычками (фиг. 1) .

Интегральный преобразователь давления работает следующим образом.

Измеряемое давление воздействует на мембрану со стороны, противоположной плацарной. В мембране возникают напряжения и деформации. Тензорезисторы воспринимают деформации и их сопротивление меняется пропорционально измеряемому давлению. Причем, так как сопротивление тензорезисторов R1 и R3 увеличиваются, а тензорезисторов

R2 и К4 уменьшаются с увеличением, давления, при этом тензорезисторы соединены в мостовую схему, то на выходе схемы формируется выходной сигнал, пропорциональный сумме измерений сопротивлений отдельных тензореэисторов.

При изменении температуры окружающей среды терморезистор также изменит свое сопротивление. Включением терморезистора параллельно выходной диагонали моста можно добиться компенсации изменения выходного сигнала от температуры.

Для большей точности компенсации изменения выходного сигнала могут быть использованы дополнительные подстрацваемые резисторы, включенные параллельно и последовательно терморезистору (ца фиг. 1, 2 не показаны) °

При воздействии нестационарной темпе-. ратуры измеряемой среды на преобразователь давления,у которого терморезистор выполнен в виде четырех идентичных частей, расположенных в углах мембраны, точность температурной компенсации будет существенно выше, так как терморезистор, состоящий из четырех идентичных частей, < распределенных равномерно и симмет-, рично на поверхности мембраны, более точно воспринимает температуру измеряемой среды.

Сопротивление терморезисторов определяется в основном сопротивлением. резистивных полосок, так как их поверхностное сопротивление примерно в 100 раз больше поверхностного сопротивления резистивных перемычек. (rroj

5 15150

Реэистивные полоски должны касаться границы раздела мембраны и опорного основания, так как, если они будут находиться дальше от границы, ухудшатся условия для повышения чувствительности преобразователя из-за не— обходимости окисления большей поверхности мембраны. Если же терморезистор будет больше смещен в сторо- 1р ну опорного основания, то условия восприятия температурной измеряемой среды терморезистором, особенно при воздействии нестационарной температуры измеряемой среды, ухудшатся 15 из-за существенно большей толщины опорного основания по сравнению с, толщиной мембраны.

Поскольку терморезистор выполнен 20 в виде двух взаимно перпендикулярных резистивных полосок, расположенных, в одном из углов мембраны вдоль одного из направлений (110), то при расчете топологии нет необходимости вве- 25 дения дополнительных угловых координат. Точность выполнения координат терморезистора повышается также за счет того, что при выполнении фотооригинала на координатографе терморезис- 3р . тор и тензореэистор выполняются при их одинаковом угловом располо яении.

82 6

Фор мула из обретения

1. Интегральный преобразователь ,давления, содержащий квадратную мембрану из монокристаллического кремния п-òèïà, выполненную за одно целое с основанием, плоскость которой совпадает с основной кристаллографической плоскостью (001), а стороны ориентированы вдоль взаимно перпендикулярных направлений (110), расположенные в периферийных областях мембраны тензорезисторы р-типа проводимости,соединенные в мостовую схему, и терморезистор р-типа проводимости, выполненный в виде двух соединенных между собой взаимно перпендикулярных резистивных полосок, расположенных в одном из углов мембраны, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения технологичности и упрощения конструкции, резпстивные полоски расположены на границе раздела мембраны и основания.

2. Преобразователь давления по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при воздействии нестационарной температуры измеряемой среды, в него введены три дополнительных терморезпстора, расположенных идентично первому, соответственно каждый в других трех углах мембраны.