Способ изготовления датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы

Авторы патента:

Васильев Валерий Анатольевич (RU)

Чернов Павел Сергеевич (RU)

Белозубов Евгений Михайлович (RU)

Белозубова Нина Евгеньевна (RU)

Майоров Виталий Юрьевич (RU)

G01L9/04 - резисторных тензометров

Владельцы патента RU 2488082:

Белозубов Евгений Михайлович (RU)
Васильев Валерий Анатольевич (RU)
Чернов Павел Сергеевич (RU)
Майоров Виталий Юрьевич (RU)
Белозубова Нина Евгеньевна (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектрических систем с мостовой измерительной цепью, предназначенным для использования в системах управления, контроля и диагностики технически сложных объектов длительного функционирования. Техническим результатом изобретения является повышение временной стабильности, ресурса, срока службы. Способ изготовления датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектрической системы заключается в полировании поверхности мембраны, формировании на ней диэлектрической пленки и тензоэлементов с низкоомными перемычками и контактными площадками между ними с использованием шаблона тензочувствительного слоя. Тензочувствительный слой имеет конфигурацию тензоэлементов в зонах, совмещаемых с низкоомными перемычками и контактными площадками, в виде полос, включающих изображения тензоэлементов и их продолжения в два противоположных направления, а в зонах совмещаемых с контактными площадками - частично совпадающую с конфигурацией контактных площадок и удаленных от полос участков, присоединении выводных проводников к контактным площадкам в областях, удаленных от полос участков. Размещают и выполняют элементы и переходы тензорезисторов таким образом, что их характеристики и факторы, воздействующие на эти элементы и переходы, удовлетворяют соответствующему соотношению. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектрических систем с мостовой измерительной цепью, предназначенным для использования в системах управления, контроля и диагностики технически сложных объектов длительного функционирования.

Известен способ изготовления датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектрической системы (НиМЭМС), предназначенного для использования в системах управления, контроля и диагностики технически сложных объектов длительного функционирования, заключающийся в полировании поверхности мембраны, нанесении на нее диэлектрика, формировании на нем тензочувствительной схемы, присоединении контактной колодки к упругому элементу и присоединении контактов колодки к контактным площадкам тензочувствительной схемы, в котором перед нанесением диэлектрика изготавливают диэлектрическую втулку непосредственно в выемке упругого элемента, полируют поверхность мембраны одновременно с полировкой торца втулки, после чего наносят диэлектрик на мембрану упругого элемента и торец втулки и формируют тензосхему на диэлектрике мембраны и втулки [1].

Недостатком известного способа изготовления является сравнительно большая временная нестабильность вследствие различной формы окружных и радиальных тензорезисторов, включенных в противоположные плечи мостовой измерительной цепи. Это связано с тем, что различная форма тензорезисторов приводит к разному временному изменению сопротивления этих тензорезисторов, в том числе вследствие различной скорости деградационных и релаксационных процессов в окружных и радиальных тензорезисторах.

Известен способ изготовления датчика давления на основе тонкопленочной НиМЭМС, предназначенного для использования в системах управления, контроля и диагностики технически сложных объектов длительного функционирования, заключающийся в полировании поверхности мембраны, формировании на ней диэлектрической пленки и тензоэлементов с низкоомными перемычками и контактными площадками между ними с использованием шаблона тензочувствительного слоя, имеющего конфигурацию тензоэлементов в зонах, совмещаемых с низкоомными перемычками и контактными площадками, в виде полос, включающих изображения тензоэлементов и их продолжения в два противоположных направления, а в зонах совмещаемых с контактными площадками - частично совпадающую с конфигурацией контактных площадок и удаленных от полос участков, присоединении выводных проводников к контактным площадкам в областях, удаленных от полос участков [2].

Недостатком известного способа изготовления является сравнительно низкая временная стабильность вследствие неоптимального размещения и выполнения элементов, переходов тензорезисторов и их характеристик относительно факторов, воздействующих на эти элементы и переходы при эксплуатации, приводящих к разному временному изменению сопротивления этих тензорезисторов, в том числе вследствие различной скорости деградационных и релаксационных процессов в тензорезисторах, включенных в противолежащие плечи мостовой измерительной схемы. Недостаточная временная стабильность датчика приводит к уменьшению его ресурса и срока службы.

Целью предлагаемого изобретения является повышение временной стабильности, ресурса, срока службы за счет оптимизации размещения и выполнения элементов, переходов тензорезисторов и их характеристик с учетом факторов, воздействующих на эти элементы и переходы, приводящих к почти одинаковому временному изменению сопротивления этих тензорезисторов, в том числе вследствие почти одинаковой скорости деградационных и релаксационных процессов в тензорезисторах, включенных в противолежащие плечи мостовой измерительной цепи.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления датчика давления на основе тонкопленочной НиМЭМС, заключающемся в полировании поверхности мембраны, формировании на ней диэлектрической пленки и тензоэлементов с низкоомными перемычками и контактными площадками между ними с использованием шаблона тензочувствительного слоя, имеющего конфигурацию тензоэлементов в зонах, совмещаемых с низкоомными перемычками и контактными площадками, в виде полос, включающих изображения тензоэлементов и их продолжения в два противоположных направления, а в зонах совмещаемых с контактными площадками - частично совпадающую с конфигурацией контактных площадок и удаленных от полос участков, присоединении выводных проводников к контактным площадкам в областях, удаленных от полос участков в соответствии с заявляемым изобретением размещают и выполняют элементы и переходы тензорезисторов таким образом, что их характеристики и факторы, воздействующие на эти элементы и переходы, удовлетворяют соотношению

где ρ_Pj, ρ_PAJ, ρ_AJ, ρ_AKJ, ρ_KJ, ρ_ПJ, ρ_KПJ, - эффективное удельное поверхностное сопротивление соответствующих элементов и переходов; l_PJ, l_PAJ, l_AJ, l_AKJ, l_KJ, l_KПJ, l_ПJ - эффективная длина соответствующих элементов и переходов; b_PJ, b_PAJ, b_AJ,, b_AKJ, b_KJ, b, b_ПJ, - эффективная ширина соответствующих элементов и переходов j-ого тензорезистора; ε_PJ, ε_PAJ, ε_AJ, ε_AKJ, ε_KJ, ε_KПJ, ε_ПJ - относительная деформация, воздействующая на соответствующие элементы и переходы; T_PJ, T_PAJ, T_AJ, T_AKJ, T_KJ, T_KПJ, T_ПJ - температура, воздействующая на соответствующие элементы и переходы; индексы _PJ, _AJ, _KJ, _ПJ означают принадлежность соответствующих характеристик или факторов адгезионному, контактному, проводящему элементам j - тензорезистора; индексы _PAJ, _AKJ, _КПJ, означают принадлежность соответствующих характеристик или факторов переходам резистивный - адгезионный, адгезионный - контактный, контактный - проводящий j - тензорезистора; j = 1, 2, 3, 4 - номер тензорезистора в мостовой схеме; τ - начало отсчета времени; Δτ - тестовый интервал времени; Ψ_c - разностный критерий стабильности.

Кроме того, согласно предполагаемому изобретения размещают и выполняют элементы и переходы тензорезисторов таким образом, что их характеристики и факторы, воздействующие на эти элементы и переходы, удовлетворяют соотношению

Заявляемый способ реализуется следующим образом. Изготавливают (например, из сплава 36НКВХБТЮ) мембрану с периферийным основанием в виде оболочки вращения методами лезвийной обработки с применением на последних стадиях электроэрозионной обработки. Полируют поверхность мембраны с использованием электрохимикомеханической доводки и полировки или алмазной доводки и полировки. Методами тонкопленочной технологии на планарной поверхности мембраны последовательно наносят сплошными слоями диэлектрическую пленку в виде структуры SiO-SiO₂ с подслоем хрома, тензочувствительную пленку (к примеру, из сплава Х20Н75Ю). При формировании перемычек и контактных площадок методом фотолитографии низкомную пленку (например, из золота Зл 999,9 м), с подслоем (ванадия) наносят сплошным слоем на тензочувствительную пленку (из сплава Х20Н75Ю). Формируют перемычки и контактные площадки методом фотолитографии с использованием шаблона перемычек и контактных площадок. Формирование перемычек и контактных площадок можно проводить масочным методом. В этом случае, низкоомная пленка сплошным слоем не наносится, а напыляется через маску.

Формирование тензоэлементов проводят методом фотолитографии с использованием ионно-химического травления в среде аргона и шаблона тензочувствительного слоя, имеющего конфигурацию тензоэлементов в зонах, совмещаемых с низкоомными перемычками и контактными площадками, в виде полос, включающих изображения тензоэлементов и их продолжения в два противоположных направления, а в зонах, совмещаемых с контактными площадками - частично совпадающую с конфигурацией контактных площадок и удаленных от полос участков.

Размещают и выполняют элементы и переходы тензорезисторов таким образом, что их характеристики и факторы, воздействующие на эти элементы и переходы, удовлетворяют заявляемому соотношению. Предлагаемое решение предназначено для использования в датчиках давления, подвергающихся при эксплуатации детерминированным воздействующим факторам. Размещение и выполнение элементов и переходов тензорезисторов осуществляется с помощью специально разработанной компьютерной программы. Величину разностного критерия стабильности Ψ_c определяют расчетно-экспериментальным путем по статистическим данным для конкретного типоразмера датчиков.

Для установления причинно-следственной связи заявляемых признаков и достигаемого технического эффекта рассмотрим наиболее общие элементы тонкопленочных тензорезисторов, используемые при создании НиМЭМС. Анализ известных решений показал, что к таким элементам можно отнести следующие тонкопленочные элементы изображенные на фиг.1: диэлектрический 1, тензорезистивный 2, адгезионный 3, контактный 4, а также соответствующие переходы между этими элементами.

Назначение вышеперечисленных элементов ясно из их названия. К элементам тонкопленочных тензорезисторов, влияющих на стабильность, необходимо отнести также и тонкопленочные проводящие элементы. На фиг.1 соотношения между толщинами тонкопленочных элементов и клины травления условно не изображены. Проводящие элементы тензорезисторов соединены последовательно с контактными элементами и используются для соединения тензорезисторов в мостовую измерительную цепь и с цепью питания и преобразования сигнала. С точки зрения повышения стабильности будем рассматривать только проводящие элементы, находящихся в областях от контактных элементов до узлов мостовой измерительной цепи. Как правило, эти узлы совпадают с местами присоединения выводных проводников, соединяющих мостовую цепь с цепью питания и преобразования сигнала. При выполнении НиМЭМС с мостовой измерительной цепью из четырех рабочих тензорезисторов, как это изображено на фиг.2, при отсутствии элементов термокомпенсации выходной сигнал НиМЭМС в стационарном температурном режиме будет равен

$U = E (\frac{R_{4}}{R_{3} + R_{4}} - \frac{R_{1}}{R_{1} + R_{2}}), (3)$

где Е - напряжение питания мостовой измерительной цепи; R₁, R₂, R₃, R₄ - сопротивление тензорезисторов R1, R2, R3, R4.

Проведя необходимые преобразования, получим

$U = E (R_{2} R_{4} - R_{1} R_{3}) {[(R_{1} + R_{2}) (R_{3} + R_{4})]}^{- 1} . (4)$

Определим условие временной стабильности НиМЭМС в виде

$U (τ + Δ τ) = U (τ) (5)$

где U(τ+Δτ) - начальный выходной сигнал в момент времени (τ+Δτ); U(τ) - начальный выходной сигнал в момент времени τ.

После подстановки в выражение (5) выражения (4) и обеспечения необходимой стабильности источника питания E(τ+Δτ)=E(τ) получим условие стабильности НиМЭМС в развернутом виде

$\begin{array}{l} [R_{2} (τ + Δ τ) R_{4} (τ + Δ τ) - R_{1} (τ + Δ τ) R_{3} (τ + Δ τ)] \times {[R_{1} (τ + Δ τ) + R_{2} (τ + Δ τ)] \times [R_{3} (τ + Δ τ) + R_{4} (τ + Δ τ)]}^{- 1} = \\ = [R_{2} (τ) R_{4} (τ) - R_{1} (τ) R_{3} (τ)] \times {[R_{1} (τ) + R_{2} (τ)] \times [R_{3} (τ) + R_{4} (τ)]}^{- 1} \end{array} . (6)$

Анализ полученного условия показывает, что его с точки зрения математики можно обеспечить при бесчисленном множестве сочетаний сопротивлений тензорезисторов и их функциональных зависимостей от времени. В то же время, любые сочетания в случае неравенства сопротивлений различных тензорезисторов мостовой измерительной цепи НиМЭМС потребуют для выполнения условий стабильности различных, взаимосвязанных и точных функциональных зависимостей сопротивлений тензорезисторов от времени. Аналогично любые сочетания в случае различия функциональных зависимостей тензорезисторов от времени потребуют для выполнения условий стабильности различных и взаимосвязанных сопротивлений тензорезисторов их функциональных зависимостей от времени. Учитывая, что такие функциональные зависимости очень трудно реализуемы, с точки зрения практической реализуемости оптимальным являются частные условия стабильности в виде равенства сопротивлений тензорезисторов в начальный момент времени и одинаковые функциональные зависимости этих сопротивлений от времени, то есть

$R_{1} (τ) = R_{2} (τ) = R_{3} (τ) = R_{4} (τ) = R (τ), (7)$

$R_{1} (τ + Δ τ) = R_{2} (τ + Δ τ) = R_{3} (τ + Δ τ) = R_{4} (τ + Δ τ) = R (τ + Δ τ), (8)$

где R(τ), R(τ+Δτ) - сопротивления тензорезисторов в различные моменты времени вне зависимости от номера тензорезистора в мостовой схеме.

Тогда можно записать соотношения (7), (8) в сокращенном виде

$R_{j} (τ) = R (τ), R_{j} (τ + Δ τ) = R (τ + Δ τ) (9)$

В результате анализа взаимосвязи тонкопленочных элементов тензорезистора (фиг.1) можно определить сопротивление j-го тонкопленочного тензорезистора в момент временит и (τ+Δτ) соответственно

$R_{j} (τ) = R_{P j} (τ) + 2 R_{P A j} (τ) + 2 R_{A j} (τ) + 2 R_{A K j} (τ) + 2 R_{K j} (τ) + 2 R_{К П}_{j} (τ) + 2 R_{П j} (τ), (10)$

$\begin{array}{l} R_{j} (τ + Δ τ) = R_{P j} (τ + Δ τ) + 2 R_{P A j} (τ + Δ τ) + R_{A j} (τ + Δ τ) + 2 R_{^{A K j}} (τ + Δ τ) + 2 R_{K j} (τ + Δ τ) + \\ 2 R_{К П j} (τ + Δ τ) + 2 R_{П j} (τ + Δ τ), (11) \end{array}$

где R_Pj, R_Aj, R_Kj, R_Пj, - соответственно сопротивление тензорезистивного, адгезионного, контактного, проводящего элемента j-го тензорезистора; R_PAj, R_AKj, R_КПj - соответственно сопротивление переходов элементов тензорезистивный - адгезионный, адгезионный - контактный, контактный - проводящий j-го тензорезистора.

В самом общем случае сопротивление каждого элемента тонкопленочного тензорезистора полностью определяется удельным поверхностным сопротивлением, эффективной длиной и эффективной шириной элемента или перехода. Причем экспериментальные исследования долговременного влияния внешних воздействующих факторов на датчики давления на основе тонкопленочных НиМЭМС показали, что в наибольшей степени на параметры, определяющие сопротивление тензорезисторов, влияют деформации, температуры и время. Поэтому можно в соответствии с выражениями (10), (11) представить сопротивления тонкопленочных тензорезисторов в виде следующих выражений:

Проведя необходимые преобразования, получаем заявляемое соотношение по п.1 формулы изобретения. Полученные расширенные частные условия стабильности (14), (15) могут выполняться при бесчисленном множестве сочетаний сопротивлений элементов тензорезисторов и их функциональных зависимостей от деформаций, температуры и времени. По аналогии с предыдущими рассуждениями любые сочетания в случае неравенства сопротивлений элементов тензорезисторов мостовой измерительной цепи НиМЭМС и неидентичности их функциональных зависимостей от воздействующих факторов потребуют для выполнения расширенных частных условий стабильности различных, взаимосвязанных и точных функциональных зависимостей сопротивлений тензорезисторов. Учитывая, что такие функциональные зависимости очень трудно реализуемы, можно записать частные условия стабильности НиМЭМС в виде

Соотношение (16) соответствует соотношению п.2 формулы заявляемого изобретения.

Внедрение заявляемых решений в тонкопленочные тензорезисторные датчики давления обеспечивает повышение временной стабильности при воздействии детерминированных воздействующих факторов не менее чем в 1,6 раза при сравнительно небольших затратах, что позволяет соответственно увеличить ресурс и срок службы датчиков. Таким образом, техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение временной стабильности, ресурса, срока службы за счет оптимизации размещения и выполнения элементов, переходов тензорезисторов и их характеристик с учетом факторов, воздействующих на эти элементы и переходы, приводящих к почти одинаковому временному изменению сопротивления этих тензорезисторов, в том числе вследствие почти одинаковой скорости деградационных и релаксационных процессов в тензорезисторах, включенных в противолежащие плечи мостовой измерительной цепи.

Источники известности:

1 RU. Белозубов Е.М. Датчик давления и способ его изготовления. Патент №2095772. Бюл. №6. 10.11.97

2 RU. Белозубов Е.М., Белозубова Н.Е. Способ изготовления тонкопленочного тензорезисторного датчика давления. Патент РФ №2423678. Бюл. №19 от 10.07.11.

1. Способ изготовления датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектрической системы (НиМЭМС), заключающийся в полировании поверхности мембраны, формировании на ней диэлектрической пленки и тензоэлементов с низкоомными перемычками и контактными площадками между ними с использованием шаблона тензочувствительного слоя, имеющего конфигурацию тензоэлементов в зонах, совмещаемых с низкоомными перемычками и контактными площадками, в виде полос, включающих изображения тензоэлементов и их продолжения в два противоположных направления, а в зонах, совмещаемых с контактными площадками - частично совпадающую с конфигурацией контактных площадок и удаленных от полос участков, присоединении выводных проводников к контактным площадкам в областях, удаленных от полос участков, отличающийся тем, что размещают и выполняют элементы и переходы тензорезисторов таким образом, что их характеристики и факторы, воздействующие на эти элементы и переходы, удовлетворяют соотношению
$\begin{array}{l} ρ_{P J} (ε_{P J}, T_{P J}, τ) l_{P J} (ε_{P J}, T_{P J}, τ) {[b_{P J} (ε_{P J}, T_{P J}, τ)]}^{- 1} + 2 ρ_{P A J} (ε_{P A J}, T_{P A}_{J}, τ) l_{P A J} (ε_{P A J}, T_{P A J}, τ) \times \\ \times {[b_{P A J} (ε_{P A J}, T_{P A J}, τ)]}^{- 1} + 2 ρ_{A J} (ε_{A J}, T_{A J}, τ) l_{A J} (ε_{A J}, T_{A J}, τ) {[b_{A J} (ε_{A J}, T_{A J}, τ)]}^{- 1} + \\ + 2 ρ_{A K J} (ε_{A K J}, T_{A K J}, τ) \times l_{A K J} (ε_{A K J}, T_{A K J}, τ) {[b_{A K J} (ε_{A K J}, T_{A K J}, τ)]}^{- 1} + \\ + 2 ρ_{K J} (ε_{K J}, T_{K J}, τ) l_{K J} (ε_{K J}, T_{K J}, τ_{K J}) {[b_{K J} (ε_{K J}, T_{K J}, τ)]}^{- 1} + \\ + 2 ρ_{К П J} (ε_{K J}, T_{K J}, τ) l_{К П J} (ε_{K J}, T_{K J}, τ) {[b_{К П J} (ε_{K J}, T_{K J}, τ)]}^{- 1} + 2 ρ_{П J} (ε_{П J}, T_{П J}, τ) l_{П J} (ε_{П J}, T_{П J}, τ) \times \\ \times {[b_{П J} (ε_{П J}, T_{П J}, τ)]}^{- 1} - ρ_{P J} (ε_{P J}, T_{P J}, τ + Δ τ) l_{P J} (ε_{P J}, T_{P J}, τ + Δ τ) {[b_{P J} (ε_{P J}, T_{P J}, τ + Δ τ)]}^{- 1} - \\ - 2 ρ_{P A J} (ε_{P A J}, T_{P A J}, τ + Δ τ) \times l_{P A J} (ε_{P A J}, T_{P A J}, τ + Δ τ) \times {[b_{P A J} (ε_{P A J}, T_{P A J}, τ + Δ τ)]}^{- 1} - \\ - 2 ρ_{A J} (ε_{A J}, T_{A J}, τ + Δ τ) l_{A J} (ε_{A J}, T_{A J}, τ + Δ τ) \times {[b_{A J} (ε_{A J}, T_{A J}, τ + Δ τ)]}^{- 1} - \\ - 2 ρ_{A K J} (ε_{A K J}, T_{A K J}, τ + Δ τ) l_{A K J} (ε_{A K J}, T_{A K J}, τ + Δ τ) \times {[b_{A K J} (ε_{A K J}, T_{A K J}, τ + Δ τ)]}^{- 1} - \\ - 2 ρ_{K J} (ε_{K J}, T_{K J}, τ + Δ τ) l_{K J} (ε_{K J}, T_{K J} τ + Δ τ) {[b_{K J} (ε_{K J}, T_{K J}, τ + Δ τ)]}^{- 1} - \\ - 2 ρ_{К П J} (ε_{K J}, T_{K J}, τ + Δ τ) \times l_{К П J} (ε_{K J}, T_{K J}, τ + Δ τ) {[b_{К П J} (ε_{K J}, T_{K J}, τ + τ)]}^{- 1} - \\ - 2 ρ_{П J} (ε_{П J}, T_{П J}, τ + Δ τ) \times l_{П J} (ε_{П J}, T_{П J}, τ) {[b_{П J} (ε_{П J}, T_{П J}, τ + Δ τ)]}^{- 1} \leq Ψ_{c}, \end{array} (1)$
где ρ_Pj, ρ_PAJ, ρ_AJ, ρ_AKJ, ρ_KJ, ρ_ПJ, ρ_КПJ, - эффективное удельное поверхностное сопротивление соответствующих элементов и переходов; l_PJ, l_PAJ, l_AJ, l_AKJ, l_KJ, l_КПJ, l_ПJ - эффективная длина соответствующих элементов и переходов; b_PJ, b_PAJ, b_AJ,, b_AKJ, b_KJ, b_КПJ, b_ПJ, - эффективная ширина соответствующих элементов и переходов j-го тензорезистора; ε_PJ, ε_PAJ, ε_AJ, ε_AKJ; ε_KJ, ε_КПJ, ε_ПJ - относительная деформация, воздействующая на соответствующие элементы и переходы; T_PJ, T_PAJ, T_AJ, T_AKJ, T_KJ, T_КПJ, T_ПJ - температура, воздействующая на соответствующие элементы и переходы; индексы _PJ, _AJ, _KJ, _ПJ означают принадлежность соответствующих характеристик или факторов адгезионному, контактному, проводящему элементам j-го тензорезистора; индексы _PAJ, _AKJ, _КПJ означают принадлежность соответствующих характеристик или факторов переходам резистивный - адгезионный, адгезионный - контактный, контактный - проводящий j-го тензорезистора; j=1, 2, 3, 4 - номер тензорезистора в мостовой схеме; τ - начало отсчета времени; Δτ - тестовый интервал времени; Ψ_с - разностный критерий стабильности.

2. Способ изготовления датчика давления на основе тонкопленочной НиМЭМС по п.1, отличающийся тем, что размещают и выполняют элементы и переходы тензорезисторов таким образом, что их характеристики и факторы, воздействующие на эти элементы и переходы, удовлетворяют соотношению
$\begin{array}{l} ρ_{P j} = ρ_{P 1}, ε_{Pj} = ε_{P 1}, T_{Pj} = T_{P 1}, l_{Pj} = l_{P 1}, b_{Pj} = b_{P 1} ρ_{PAJ} = ρ_{P A 1}, ε_{PAj} = ε_{P A 1}, T_{PAj} = T_{P A 1}, l_{PAj} = l_{P A 1}, \\ b_{PAj} = b_{P A 1}, ρ_{AJ} = ρ_{A 1}, ε_{Aj} = ε_{A 1}, T_{Aj} = T_{A 1}, l_{Aj} = l_{A 1}, b_{Aj} = b_{A 1}, ρ_{AKJ} = ρ_{K A 1}, ε_{AKj} = ε_{A K 1}, \\ T_{AKj} = T_{A K 1}, l_{AKj} = l_{A K 1}, b_{AKj} = b_{A K 1}, ρ_{K J} = ρ_{K 1}, ε_{K j} = ε_{K 1}, T_{Kj} = T_{K 1}, l_{Kj} = l_{K1}, b_{Kj} = b_{K1}, \\ ρ_{КПJ} = ρ_{К П 1}, ε_{КПj} = ε_{К П 1}, T_{КПj} = T_{КП1}, l_{КПj} = l_{КП1}, b_{КПj} = b_{КП1}, ρ_{ПJ} = ρ_{П 1}, ε_{Пj} = ε_{П 1}, T_{Пj} = T_{П 1}, \\ l_{Пj} = l_{П1}, b_{Пj} = b_{П1} . \end{array}$

Способ измерения давления, способ калибровки и датчик давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы // 2484435

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении давления жидких и газообразных средств. .

Датчик давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы повышенной точности и надежности // 2480723

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных агрессивных сред в условиях воздействия нестационарных тепловых полей.

Датчик абсолютного давления // 2477846

Изобретение относится к измерительным приборам и может быть использовано для измерения малых величин абсолютных давлений. .

Датчик давления тензорезистивного типа с тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системой // 2472125

Интегральный преобразователь давления с одним жестким центром // 2469437

Изобретение относится к измерительной технике. .

Интегральный преобразователь давления с тремя жесткими центрами // 2469436

Изобретение относится к измерительной технике. .

Полупроводниковый преобразователь давления // 2464539

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к преобразователям малых давлений высокотемпературных сред, и может быть использовано в разработке и изготовлении малогабаритных полупроводниковых преобразователей давления, работоспособных при повышенных температурах.

Датчик давления // 2464538

Изобретение относится к измерительной технике. .

Датчик давления тензорезистивного типа с тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системой // 2463570

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам давления с тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системой (НиМЭМС), предназначенным для использования при воздействии нестационарных температур и повышенных виброускорений.

Устройство для измерения давления // 2492439

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении давлений измерительными устройствами, построенными на базе тензорезисторных мостов

Способ изготовления тензорезисторного датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы // 2498249

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектрических систем (НиМЭМС) с мостовой измерительной пенью, предназначенных для использования в системах управления, контроля и диагностики объектов длительного функционирования. Технический результат: повышение временной стабильности, ресурса, срока службы. Способ заключается в том, что после присоединения выводных проводников к контактным площадкам тензоэлементов их подвергают воздействию тестовых пониженных и повышенных температур, измеряют сопротивления тензорезисторов при воздействующих температурах, определяют температурные коэффициенты сопротивлений тензорезисторов в диапазоне воздействующих температур, вычисляют но ним критерий временной стабильности по соотношению Ψτ01=|(α2+α4)-(α1+α3)|, где α1, α2, α3, α4 - температурный коэффициент сопротивления соответственно первого, второго, третьего, четвертого тензорезистора НиМЭМС, и если |Ψτ01|<|ΨταΔ1|, то данную сборку передают на последующие операции. Кроме того, тензоэлементы, перемычки, контактные площадки и выводные проводники соединяют в мостовую измерительную цепь и подвергают ее воздействию тестовых пониженных и повышенных температур, измеряют значения начальных выходных сигналов мостовой измерительной цени при воздействующих температурах, вычисляют по ним критерий временной стабильности по соотношению и если |Ψτ02|<|ΨταΔ2|, то данную сборку передают на последующие операции. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ измерения давления, калибровки и датчик давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы // 2498250

Изобретение относится к измерительной технике. В способе измерения давления с использованием тензорезисторного датчика давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы (НиМЭМС), в режиме измерения значение измеренного давления Pi вычисляют путем бигармонической сплайн интерполяции по контрольным точкам, исходя из сохраненного на этапе калибровки вектор-столбца W(Pэ, Uiz, Upt, X1…Xn) по формуле: Pi=GT×W, где GT - транспонированный вектор-столбец G; символ «×» обозначает матричное произведение. Калибровку для измерения давления осуществляют путем регистрации напряжений измерительной Uiz и питающей Upt диагоналей мостовой измерительной цепи и значений величин X1…Xn, зависящих от дестабилизирующих факторов, и записи в постоянное запоминающее устройство датчика вектор-столбца W, который рассчитывают по формуле: W=g-1×P, где P - вектор-столбец эталонных значений давления в контрольных точках; g - матрица, элементы которой определены в зависимости от количества переменных функции преобразования. Датчик давления на основе НиМЭМС, реализующий предлагаемые способы измерения и калибровки, включает в себя источник тока, тензорезисторный преобразователь давления, АЦП, вычислительное устройство, постоянное запоминающее устройство и цифровой интерфейс. При этом вычислительное устройство содержит блок преобразования кода АЦП в численное значение напряжения, блок расчета численного значения давления. Технический результат - повышение точности измерения давления. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 4 табл.

Преобразователь давления // 2502970

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при разработке полупроводниковых датчиков давления, выполненных по технологии МЭМС (микроэлектромеханические системы). Преобразователь давления содержит кремниевую мембрану с тензоизмерительным мостом, последовательно соединенным с транзистором, подключенными к источнику постоянного напряжения. Выходная диагональ тензомоста соединена с входом инструментального усилителя, выход которого подключен к первому входу усилителя коррекции температурной погрешности. Ко второму входу усилителя коррекции подключен сумматор, первые два входа которого соединены через резистор и диод со средними точками измерительного тензомоста. Третий вход через резистор подключен к источнику смещения напряжения сумматора. Техническим результатом является устранение температурной погрешности в преобразователе. 1 ил.

Способ изготовления тензорезисторного датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы // 2505791

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектромеханических систем (НиМЭМС) с мостовой измерительной цепью, предназначенных для использования в системах управления, контроля и диагностики объектов длительного функционирования. Технический результат: повышение временной стабильности, ресурса, срока службы. Способ изготовления тензорезисторного датчика давления заключается в полировании поверхности мембраны, формировании на ней диэлектрической пленки и тензоэлементов с низкоомными перемычками и контактными площадками между ними с использованием шаблона тензочувствительного слоя, присоединении выводных проводников к контактным площадкам в областях, удаленных от полос участков. После присоединения выводных проводников к контактным площадкам тензоэлементов мембрану НиМЭМС последовательно подвергают циклическому воздействию тестовых значений измеряемого давления Pj, равномерно распределенных от нижнего Р0 до верхнего предела РH и от верхнего РH до нижнего P0 предела измерения датчика при одновременном измерении его выходного сигнала и напряжения питания в каждой точке градуирования, вычисляют по ним критерий временной стабильности по соотношению: 2 ил.

Датчик абсолютного давления повышенной точности на основе полупроводникового чувствительного элемента с жестким центром // 2507490

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления в жидких и газообразных агрессивных средах. Датчик абсолютного давления содержит корпус со штуцером, герметизирующую контактную колодку, металлическую мембрану, несжимаемую жидкость, полупроводниковый чувствительный элемент, состоящий из стеклянного основания и квадратного профилированного полупроводникового кристалла, в центре тонкой части которого сформирован жесткий центр квадратной формы, на рабочей части полупроводникового кристалла сформирована мостовая измерительная цепь, состоящая из четырех тензорезисторов. Размер жесткого центра определяется из соотношения: l ж . ц . > h ж . ц . / 1,432 . Центры одних тензорезисторов, включенных в противоположные плечи мостовой измерительной цепи и воспринимающих относительные положительные деформации, расположены на расстоянии от центра кристалла, определенном из соотношения Центры других тензорезисторов, включенных в противоположные плечи мостовой измерительной цепи и воспринимающих относительные отрицательные деформации, расположены на расстоянии от центра кристалла, определенном из соотношения 7 ил., 2 табл.

Высокотемпературный полупроводниковый преобразователь давления // 2507491

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в разработке и изготовлении малогабаритных полупроводниковых преобразователей давления, работоспособных при повышенных температурах. Полупроводниковый преобразователь давления содержит мембрану с профилем, представляющим собой сочетание утонченных участков и жестких центров с концентраторами механических напряжений в месте расположения тензорезисторов. Мембрана имеет толщину, равную высоте тензорезисторов, поверхность которых покрыта слоем двуокиси кремния. Тензорезисторы сформированы на закрепленном на мембране слое двуокиси кремния и выполнены из кремния. Тензорезисторы объединены с помощью коммутационных шин в мостовую измерительную схему. Слой двуокиси кремния расположен под тензорезисторами и коммутационными шинами. Поверхность мембраны со стороны тензорезисторов покрыта изолирующим слоем нелегированного карбида кремния вокруг тензорезисторов толщиной не менее высоты тензорезисторов. На периферии мембраны расположена схема температурной компенсации, состоящая из терморезисторов, имеющих соединенные с ними металлизированные контактные площадки для включения в мостовую схему. Техническим результатом является повышение точности преобразователя в диапазоне высоких температур. 1 ил.

Способ изготовления тензорезисторного датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы // 2512142

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектрических систем (НиМЭМС), предназначенных для использования в системах управления, контроля и диагностики объектов длительного функционирования. Способ изготовления заключается в полировании поверхности мембраны, формировании на ней диэлектрической пленки и тензоэлементов с низкоомными перемычками и контактными площадками между ними с использованием шаблона тензочувствительного слоя, имеющего конфигурацию тензоэлементов в зонах, совмещаемых с низкоомными перемычками и контактными площадками. При этом формирование тензоэлементов с низкоомными перемычками и контактными площадками между ними проводят в областях, в которых воздействующие на них при эксплуатации деформации и температуры удовлетворяют соответствующему соотношению. После формирования измеряют размеры и площадь элементов и переходов НиМЭМС с учетом количества, размеров и распределения дефектов, затем вычисляют по ним критерий временной стабильности по соответствующему соотношению. Если критерий временной стабильности меньше, чем предельно допустимое значение критерия временной стабильности, которое определяется экспериментальным путем по статистическим данным для конкретного типоразмера датчика, то данную сборку передают на последующие операции. Технический результат заключается в повышении временной стабильности, ресурса и срока службы. 2 ил.

Способ измерения давления и интеллектуальный датчик давления на его основе // 2515079

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении давления жидких и газообразных сред. Заявленная группа изобретений включает способ измерения давления с использованием тензорезисторного датчика давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы (НиМЭМС) и интеллектуальный датчик давления на основе НиМЭМС. При этом в способе измерения давления, в режиме калибровки и измерения одновременно регистрируют данные напряжений между узлами питающей диагонали Upt, между одним узлом питающей диагонали и каждым из узлов измерительной диагонали (Uiz1, Uiz2). В режиме калибровки сохраняют данные для вычисления напряжений Uiz1, Uiz2, а в режиме измерения вычисляют измеренное значение давления Р исходя из напряжений питающей диагонали Upt и измерительной диагонали Uiz=Uiz1-Uiz2 и сохраненных на этапе калибровки данных. Затем вычисляют напряжения между узлом питающей диагонали и каждым из узлов измерительной диагонали, исходя из величины измеренного значения давления Р, напряжения питающей диагонали Upt и сохраненных на этапе калибровки данных, определяют разницу между вычисленными и измеренными значениями напряжений Uiz1, Uiz2. Если эта разница превышает значение критерия стабильности, то принимается решение о недостоверности результата измерения давления. Интеллектуальный датчик давления на основе НиМЭМС, реализующий предлагаемый способ измерения давления, содержит мостовую измерительную цепь из тензорезисторов, источник тока, три аналого-цифровых преобразователя, вычислительное устройство, постоянное запоминающее устройство и цифровой интерфейс, причем вычислительное устройство блока самоконтроля, второй, третий и четвертый входы которого соединены с первым, вторым и третьим выходами блока преобразования кода АЦП в численное значение напряжения, а пятый вход соединен с четвертым входом вычислительного устройства. Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности результата измерения путем введения самоконтроля датчика и осуществления проверки достоверности измерения давления за счет сравнения измеренных и вычисленных значений напряжений между одним узлом питающей диагонали и каждым из узлов измерительной диагонали. Техническим результатом изобретения является повышение надежности результата измерения путем введения самоконтроля датчика и осуществления проверки достоверности измерения давления за счет сравнения измеренных и вычисленных значений напряжений между одним узлом питающей диагонали и каждым из узлов измерительной диагонали. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Датчик давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы для прецизионных измерений // 2516375

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для прецизионных измерений давления жидких и газообразных сред. Сущность: датчик содержит корпус, установленную в нем нано- и микроэлектромеханическую систему (НиМЭМС), состоящую из упругого элемента в виде мембраны с жестким центром, заделанной по контуру в опорное основание, образованной на ней гетерогенной структуры из тонких пленок материалов, герметизирующей контактной колодки и соединительных проводников. Сформированные в гетерогенной структуре радиальные тензорезисторы, установленные по двум окружностям, состоят из идентичных тензоэлементов в форме квадратов, соединенных тонкопленочными перемычками и включенных в мостовую измерительную цепь. Центры первых и вторых тензоэлементов размещены по окружностям с радиусами, определенными по соответствующим соотношениям. Между мембраной и жестким центром, а также мембраной и опорным основанием выполнены закругления с определенным радиусом. Технический результат: повышение точности и технологичности. 1 табл., 9 ил.