Интегральный преобразователь давления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления с повышенной чувствительностью и пониженной величиной питающего напряжения. Цель - повышение чувствительности и уменьшение габаритов. Это достигается тем, что тензорезисторы 2 располагаются на прямоугольной мембране 1 в зоне максимальных напряжений на пересечении биссектрис. При этом длину и ширину мембраны выбирают по представленным соотношениям, а глубину легированной области каждого тензорезистора выбирают 0,16 - 0,2 от толщины мембраны. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (2!22 (((2 (5125 G 01 1 9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4409415/24-10 (22) 13.04.88 (46) 15,12.90. Бюл, М.46 (72) Ю.P. Меньшиков и В.В, Пономаренко (53) 531.787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1027550, кл. 6 01 (9/04, 1983. (54) ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления с повышенной чувствиИзобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано в области приборостроения, в частности при изготовлении полупроводниковых элементов мембранного типа.

Цель изобретения — повышение чувствительности и уменьшение габаритов интегральногоо полупроводникового преобразователя давления.

На фиг. 1 представлена полупроводниковая мембрана и расположение тензорезисторов (вид сверху); на фиг. 2 — сечение А-А на фиг, 1 (глубина легированной области тенэореэисторов), Интегральный полупроводниковый преобразователь давления состоит из совпада-. ющей с кристаллографической плоскостью (100), прямоугольной мембраны 1, на которой расположены тензорезисторы 2 р-типа проводимости глубиной до 0,16-0,2 от толщины, например, тонкой меньше 50 мкм мембраны 1. Стороны 3 мембраны 1 ориентированы вдоль взаимно перпендикуляр. ных направлений семейства (110 > . Два тельностью и г>ониженной величиной питающего напряжения. Цель — повышение чувствительности и уменьшение габаритов, Это достигается тем, что тенэорезисторы располагаются на прямоугольной мембране в зоне максимальных напряжений на пересечении биссектрис. При этом длину и ширину мембраны выбирают по представленным соотношениям, а глубину легированной области каждого тенэореэистора выбирают 0,16 — 0,2 от толщины мембраны.

2 ил, . тенэорезистора 2 Я(, Ri расположены в се.редине длинных сторон, а два тензореэистора 2 Я2, Яг — в зоне пересечения биссектрис (пунктирная линия), так как проведенные исследования напряженного состояния шарнирноопертых и жестко защемленных по сторонам 3 прямоугольных слабо аниэотропных мембран при равно- мерно распределенной нагрузке показывают, что в зоне пересечения биссектрис напряжения на 5-10 больше, чем в центре, Тензорезисторы соединены в мостовую схему.

Как показывают расчеты длину и ширину (сторон 3) прямоугольной мембраны необходимо выбирать из соотношения а: Ь 2 для защемленной по контуру и а: Ь (5 для спертой, При этом наибольшие по абсолютному значению изгибающие моменты получаются на контуре в серединах длинных сторон пластины.

Эти же расчеты показывают, что наибольший прогиб и изгибающие моменты

Составитель О.Слюсарев

Техред M.MUðãåHTàë Корректор Н.Король

Фж/

Редактор С.Лисина

Заказ 3887 Тираж 4б7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 имеют место уже при — = 1,75, а при = 2 а, а в в имеет место незначительное их увеличение, которое сравнимо со значением прогиба изгибающих момейтов (напряжений) при а в

Дальнейшее сравнение относительных величин прогиба, изгибающих моментов показывает, что в случае пластинки с весьма вытянутым прямоугольным контуром прогиб вследствие заделки по контуру уменьшается в пять раз, а механические напряжения (изгибающие моменты), наприа мер, для = 1,5 при заделке краев уменьв шаются примерно íà 7%.

Интегральный преобразователь работает следующим образом.

Давление (например, газа, жидкости и т.д.) от равномерно распределенной нагрузки q, действующей на мембрану 1, и в результате деформации (напряжений) в зо, не тензорезисторов 2 мембраны, изменяется сопротивление тензорезисторов RrR<

R2R2 и на выходе с моста (не показан) изменяется выходное напряжение. Чем больше механическое напряжение в мембране 1, тем сильнее сигнал (ток) и поэтому отпадает необходимость в мощных вторичных приборах по усилению сигнала.

В преобразователе тензорезисторы R2

Rz имеют увеличение напряжения на 5-10%, а также на 21-14% увеличение напряжения для всех тензорезисторов, рас голагаемых в ортотропной мембране.

Увеличение на 20% нагрузки на мембрану, в которой тензорезисторы расположены в зоне максимальных напряжений, может увеличить электрический сигнал в 2,4

5 раза, Поэтому увеличение суммарного напряжения на 31% за счет учета анизотропии мембраны ведет к увеличению электрического сигнала на выходе в 2,4 раза при той же начальной нагрузке. Это обеспечивает

10 повышение чувствительности при ограничении габаритов преобразователя, что позволяет снизить питание напряжения и увеличить срок работы преобразователя, Формула изобретения

15. Интегральный преобразователь давления, содержащий прямоугольную полупроводниковую мембрану, защемленную по контуру, и диффузионные тензорезисторы одного типа проводимости, сформирован20 ные на мембране с ориентацией вдоль длинных сторон мембраны и включенные по мостовой схеме, причем два тенэорезистора, включенные в противоположные плечи моста размещены на периферии мембраны

25 на линии, проходящей через середину ее длинных сторон, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и уменьшения габаритов, в нем два других тензорезистора расположены соответст30 венно каждый в зоне пересечения биссектрис углов мембраны, причем глубина легированной области тенэорезисторов составляет 0,16-0,2 от толщины мембраны, а отношение спинной стороны а мембраны к

35 короткой стороне Ь выбрано из условия а;Ь<2.