Датчик давления

Датчик давления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И C А Н И Е ()679835

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 18.06.76 (213 2372950/18-10 с присоединением заявки М (23) Приоритет (5I)M. Кл.

G 01 3 9/04

Государственный квинтет

СССР ве делам нзобретвннй н вткритнй

Опубликовано 15.08.79 Бюллетень Рй 30

Дата опубликования описания 15,08.79 (5Д) УД f(531.787 (088.83 (72} Авторы изобретения

Л. В. Беликов, Ю. И. Рябов и С. Г. Радковский (71) Заявитель (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области измерительной техники, а точнее к измерению давлений жидких и .газообразных сред.

Известны датчики давления с мембранной коробкой, образованной соединенными между собой монокристаллическими пластинами, одна из которых имеет углубление, образующее внутреннюю полость коробки. На наружной поверхности мембрань| расположены тензорезисторы. Коробка соединена с подложкой (11.

Недостаток известных датчиков связан со значительной температурной погрешностью эа счет различия коэффициентов линейных расширений материалеВ коробки и подложки, Известен также датчик, у которого аналогич15 ная по конструкции мембранная коробка закреплена на корпусе с помощью стойки, имеющей в месте соединения с мембранной коробкой меньшие размеры пластин, образующих последЮ нюю. При этом ось, направленная в сторону выступающей за опору части, перпендикулярна плоскости соединения пластин, образующих мембранную коробку (2) .

У этого датчика, благодаря удалению мембранной коробки от корпуса и уменьшению площади контакта стойки с мембранной коробкой, напряжения, возникающие в последней от монтажа датчика, значительно меньше по сравнению с напряжениями, в предыдущем датчике. Температурная погрешность еще сравнительно велика, так как плошадь контакта имеет конечные размеры, а материалы мембранной коробки и стойки по-прежнему различны.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет уменьшения температурной погрешности датчика.

Указанная цель достигается тем, что в известном датчике, содержащем консольно закрепленную в корпусе мембранную коробку, образованную соединенными между собой монокристаллическими пластинами, и тензорезисторы, расположенные на наружной поверхности коробки, мембранная коробка выполнена в виде балки и закреплена, по крайней мере, по одной иэ граней образующих ее пластин.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема датчика с одномембранной коробкой для из679835 водами ll. Мембранная коробка консольно закреплена в центральном отверстии основания 1.

Через канал 14 в одной из пластин ее внутренняя полость соединена с окружающим пространством, давление в котором имеет значение Р .

Через патрубок 13 в пространство, образованное основанием 1 и кожухом 2, подается давление Р2.

Операционные усилители 5 и 6 укреплены на керамических подложках 15, на которых сформированы элементы настройки электрической схемы, а подложки, в свою очередь, укреплены е на кронштейнах 16, соединенных с основанием

1. Наружные и внутренние поверхности пластин и канал сформированы при помощи анизотропного травления, которое позволяет с большой точностью выдерживать необходимые размеры, Центральное отверстие в основании по форме повторяет поперечное сечение. балки и изготовлено с помощью протяжки. ,ze При изменении разности давлений Р и Р происходит деформация мембран, преобразуемая с помощью транзисторов в электрический сигнал.

Использование изобретения позволит иовысить точность измерения за счет уменьшения

2$ температурной погрешности, обусловленной различием коэффициентов линейного расширения материалов чувствительного элемента и подложки. Е Ис поль зованне изобретения предусматривает использование широко известных в планарной технологии процессов.

3 мерения абсолютного давления; на фиг, 2— принципиальная схема датчика с двухмембранной коробкои для измерения избыт .чного давления илп разности двух давлений.

Датчик для измерения абсолютного давления состоит из корпуса, включающего в себя керамическую подложку 1 и соединенный с ней

1 металлический кожух 2, мембранной коробки в виде балки, образованной кремниевыми мо. нокрнсталлическими н-типа проводимости пластинами 3 и 4, ориентированными по кристаллографической плоскости)1001и операционных уси лителей 5 и 6, В пластине 3 имеется утлублени полученное с помощью анизотропного травления

Пластины соединены в вакууме, и в образовавшейся полости 7 абсолютное давление состав

«ч « ляет 10 =10 мм рт. ст. На наружной поверхности мембраны сформированы диффузионные тензорезисторы 8, которые с помощью напылен ных токопроводов 9 и проволочных токопроводов 10 соединены с операционными усилителями элементами настройки электрической схемы, сформированными на подложке l, и с электровыводами 11. Мембранная коробка через промежутоиую пластину 12 консольно эакреп. лена на подложке 1. Через патрубок 13 в пространство, образованное подложкой 1 и кожухом 2, подается измеряемое давление Р .

При изменении давления Р происходит деформация мембраны, которая с помощью тензорезисторов преобразуется в электрический сигнал. С помощью электрической схемы и операционных усилителей сигнал преобразуется в удобную для дальнейшего его использования форму.

Датчик для измерения избыточного давления или разности двух давлений (см, фиг. 2) состоит из корпуса, включающего металлическое, например нз ковара, основание 1 и соединенный с ннм металлический кожух 2, мембранной коробки в виде балки, образовыной кремниевыми монокристаллическнми п-типа проводимости пластжими 3 и 4, ориентированными по кристаллотрафииееиой ллоеиоети. l100j и олерационных усилителей 5 и 6.

В пластинах 3 и 4 имеются углубления,ко торые после соедшения пластин образуют внутреннюю полостВ 7 мембранной коробки, На наРужной поверхности мембран сформированы диффузионные тензорезисторы 8, которые с помощью напыленных токопроводов 9 и провлочных токопроводов 10 соединены с другимн элементами электрической схемы и электровыФормула изобретения

3$

Датчик давления, содержащий консольно закрепленную в корпусе мембранную коробку, образованную соединенными между собой монокристаллическими пластинами, и тензорезисто46 ры, расположенные на наружной поверхности коробки, отличающийся тем, что, с целью повь1шения точности измерения. за счет уменьшения температурной погрешности датчика, мембранная коробка выполнена в виде балки и закреплена, по крайней мере, по одной из граней образующих ее пластин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 Зайес, Хэар. Интегральный датчик давлезЕ ния. Журнал * Электроника" У 25, 1972.

2, iEEE Transactions on Electron Devices

vol ED-1бе И Юа 1969 (прототип)а