Интегральный полупроводниковый преобразователь давления Советский патент 1984 года по МПК G01L9/04 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения различных физических вели чин, например давлений в широком диапазоне температур. Известны датчики давления, содержащие корпус, в котором установлен упругий элемент из поликристаллического кремния - ма териала с близкими к кремниевому монокрйс таллическому упругому элементу свойствами (1. Недостаток устройства заключается в огран ченной возможности выполнить из этого материала деталь сложной формы и соединить образованный ynpymw элемент с прочими эле ментами конструкции преобразователя. Кроме того, температурный диапазон работы преобразователя ограничен. Наиболее близким к изобретению по техни ческой сущности является полупроводниковый мембранный преобразователь, в котором упру гий элемент закреплен в корпусе, а на мемб ране расположены чувствительные элементы. Мембрана обрамлена внешней и внутренней оправами. Закрепле1ше мембраны осуществляется по плоскости или с помощью эпоксидного компаунда, или герметика 2. Недостатком известного устройства является большой размер преобразователя, поскольку отношение полезно используемой для пре. образования площади упругого элемента ко всей его площади имеет незначительную вели4iniy. Кроме того, в кольцевом концентраторе между оправами суммир)аотся местные на пряжения, создаваемые закреплением внешней оправы к основанию, с напряжениями, со даваел гыми измеряемой величиной - давлением. Так как площадь, ограниченная кольцевым концентратором и включащая в себя его площадь, больше площади мембраны, то при равенстве толщин дна кольцевого концентратора и мембраны верхний предел измеряемого давления будет снижен во столько раз, во сколько максимальные напряжения в кольцевом концентраторе больше соответствующих напряжений в мембране. Цель изобретения - уменьшение размеров преобразователя и расширение диапазона изме рений.. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе, содержащем основание и прикрепленный к нему монокристаллический Л1ембранный упругий элемент с утолщенной частью и размеще1шыми на нем чувствительными элементами и концентраторами, мембранный упругий элемент прикреплен к основанию боковой поверхностью, а концентраторы выполнены в виде локальных углублений в утолщенной части зтгругого элемента, причем их длина .B, где 1 - расстояние от оси упругого элемента до концентратора; Г - расстояние от оси упругого элемента до чувствительного элемента; .6 - длина чувствительного элемента. На фиг. 1 изображен преобразователь давления, разрез; на фиг. 2 - то же. план; на фиг. 3 - распределение напряжений в упругом элементе. Преобразователь, давления содержит мембранный упругий элемент 1, прикрепленный к основанию 2 боковой поверхностью через слой материала. 3, чувствительные элементы 4, преобразующие деформацию в электрический сигнал, и расположенные на нем концентраторы 5в виде локальных углублений. Таким образом, каждый чувствительный элемент 4 локально отделен от мест прикрепления упругого элемента 1 к основанию 2 концентраторами 5, выполненными в утолщенной части упругого элемента. Такая конструкция позволяет перераспределить передаваемые напряжения от основания 2 к упругому элементу 1 и создать в местах расположения чувствительных элементов 4 недеформируемую закреплением зону 6. Характер напряженного состояния упругого элемента, закрепленного боковой поверхностью в основании из материала, отличающегося коэффициентом линейного расширения, качественно совпадает с характером напряженного состояния нормального сечения кругового цилиндра, нагруженного равномерным давлением по контуру. Работа преобразователя происходит следующим образом. Давление, действующее на упругий элемент, вызывает изменение сопротивления чувствительньк злементов, которые выдают сигнал 06измеряемом давлении. Таким образом, в мембранном упругом элементе преобразователя создается недеформированная область в местах расположения чувствительных элементов от температурной деформации основания, что позволяет уменьшить размеры преобразоват(.ля и расширить диапазон его измерений.

ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ, содержащий основание и прикрепленный к нему монокристаллический мембранный упругий элемент с утолщенной частью и размещенными на нем чувствительными элементами и концентраторами, отличающийся тем, что, с целью уменьшения размеров преобразователя и расширения диапазона измерений, в нем мембранный упругий элемент прикреплен к основанию боковой поверхностью, а концентраторы выполнены в ввде локальных углублений в утолщенной части упругого элемента, причем их длина , t расстояние от оси упругого элегде мента до концентратора; расстояние от оси упругого элемента до чувствительного элемента; § длина чувствительного элемента. (Л о 25 00