Интегральный преобразователь давления

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к интегральным тензопреобразователям,предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления. Целью изобретения является повышение точности измерения давления при воздействии нестационарной температуры, повышение чувствительности и технологичности . При воздействии измеряемого давления на квадратную мембрану 1 в ней возникают деформации, которые преоб) разуются тензорезисторами, соединенными в мостовую схему, в электрический сигнал. При воздействии нестационарной температуры за счет того, что терморезистор 5 выполнен в виде соединенных между собой одинаковых полосок, расположенных в одном из углов мембраны перпендикулярно прилегакщим сторонам , происходит компенсация изменения выходного сигнала, от температуры. 2 ил.

сОюз сОветсних социАлистичесних

РЕСПУБЛИК ((9) SU (II) А1

Ь04 G01 1 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГосудАРственный НоМНТЕТ ссср

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4206501/24-10 (22) 06.03.87 (46) 23.09.88. Бюл. У 35 (72) В.В.Ульянов, Е.М.Белозубов и В.А.Васильев (53) 531.787(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1075096, кл. С 01 L 9/04, 1984.

Авторское свидетельство СССР

В 1196705, кл. G 01 L 9/04, 1984. (54) ИНТЕГРАЛЬНЬП1 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к интегральным тенэопреобразователям,предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления. Целью изобретения является повышение точности измерения давления при воздействии нестационарной температуры, повышение чувствительности и технологичности. При воздействии измеряемого давления на квадратную мембрану 1 в ней возникают деформации, которые преоб разуются тенэорезисторами, соединенными в мостовую схему, в электрический сигнал. При воздействии нестационарной температуры sa счет того, что термореэистор 5 выполнен в виде соединенных между собой одинаковых полосок, расположенных в одном иэ углов мембраны перпендикулярно прилегающим сторонам, происходит компенсация измене- ф ния выходного сигнала от температуры.

2 ил.

1425487

Иэобре тени е относится к и эмери тель— ной технике, в частности к интегральным тензопреобразователям, предназначеннымм для использования в различных

-областях науки и техники, связанных с измерением давления.

Цель изобретения — повышение точности измерения давления при воздействии нестационарной температуры, по- 10 вышение чувствительности и технологичности.

На фиг.l схематично изображен интегральный преобразователь давления;

; на фиг.2 — узел I на фиг.l. 15

Интегральный преобразователь давления представляет собой монокристалл кремния, в котором способом аниэотроп, :ного травления выполнена квадратная . мембрана 1 эа одно целое с опорным ос-20 нованием 2. Плоскость мембраны совпа дает с основной кристаллографической плоскостью (001), а со стороны мембра1 ны ориентированы вдоль взаимно перпендикулярных направлений (110) и 25 (110) . Тенэореэисторы К вЂ” К р-типa проводимости сформированы диффуэией ! ! бора и расположены в периферийных ! .областях мембраны, причем тенэореэис.,торы с одинаковым знаком чувствнтель- З0 ности расположены у противоположных сторон мембраны. Например, тензореэисторы К и Rз увеличивают сопротивление,а R< и R< уменьшают сопротивление с увеличением давления.Для соедине- 35 ния тензорезисторов в замкнутую мостовую схемуиспольэуются высоколегированные соединительные области 3. !

Контактные площадки 4 выполнены 40 из алюминия и с помощью гибких выводов соединены с источником напряжения и регистратором (не показаны).

Термореэистор 5 выполнен в виде соединенных между собой полосок б и 7, расположенных в одном иэ углов квадратной мембраны для того, чтобы иметь полностью замкнутый мост с однослойным расположением соединительных областей. Чтобы термореэистор не чувст- 50. вовал измеряемого давления, он расположен симметрично направлениям минимальной тензочувствительности (100) или (010), а длина полосок L„и L и ширина полосок Ь и Ъ выбраны одина- 55 ковыми, Резистивные полоски расположены перпендикулярно прилегающим сторонам мембраны для облегчения разработки и изготовления фотошаблонов. Кроме того, резистивные полоски расположены на мембране до пересечения с границей 8 раздела мембраны и опорного основания для идентификации тепловых условий термореэистора и тензореэистора, а также для расположения контактных площадок на опорном основании, так как в случае расположения контактных площадок на мембране она может повредиться при разводке выводных проводников. Вследствие симметричности характеристик мембраны тенэореэистор может быть расположен в любом из углов мембраны.

Интегральный преобразователь давления работает следующим образом.

Измеряемое давление воздействует на мембрану со стороны, противоположной планарной. В мембране возникают напряжения и деформации ° Тензореэисторы воспринимают деформации, и их сопротивление изменяется пропорционально измеряемому давлению, Причем, так как сопротивления тенэорезисторов R„ и R> увеличиваются, а тензорезисторов Rz u Rq уменьшаются с увеличением давления и тензорезисторы соединены в мостовую схему, на выходе схемы формируется выходной сигнал, пропорциональный сумме изменений сопротивлений отдельных тенэореэисторов. При изменении температуры окру1 жающей среды терморезистор также изменяет 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 подстраиваемые резисторы, включенные параллельно и последовательно терморезистору (не показаны).

Изобретение обеспечивает повьппение технологичности за счет упрощения изготовления фотооригиналов и расчета топологии.

Конструкция преобразователя позволяет изготавливать полностью замкнутые мостовые структуры с однослойным расположением межэлементных соединений. Преимуществом конструкции является также повьппение точности при воздействии нестационарной температуры измеряемой среды за счет того, что терморезистор находится в

1425487 аналогичных температурных условиях с тензорезисторами.

Г!Щ3

Составитель О.Слюсарев

Техред Л.Сердюкова Корректор В,Романенко

Редактор В.Петраш

Заказ 4759/38

Тираж 847

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная .4

Формула и з о б р е т е н и я

Интегральный преобразователь давления, содержащий квадратную мембрану из монокристаллического кремния и-типа проводимости, выполненную за одно целое с опорным основанием, пло- 10 скость которой совпадает с основной кристаллографической плоскостью (001>

1 а со стороны ориентированы вдоль взаимно перпендикулярных направлений (110), расположенные в периферийных областях мембраны в середине ее сторон тензореэисторы р-типа проводимости, соединенные в мостовую схему, и терморезистор, расположенный на мембране, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения давления при воздействии нестационарной температуры, повышения чувствительности и технологичности, в нем терморезистор выполнен в виде соединенных между собой двух одинаковых полосок и расположен в одном из углов мембраны, причем каждая полоска расположена перпендикулярно к прилегающим сторонам мембраны и выполнена длиной до края мембраны,