Тензопреобразователь Советский патент 1984 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно, к тензопреобразователям для измерения .деформации.

Известен тензопреобразователь, содержащий упругий элемент с размещенными на нем диффузионными тензорезисторами и калибровочными резисторами, включенными в мостовую .схему, с окнами для омических контактов в последних 1.

Недостатком данного тензопреобразователя является низкая точность преобразования, что связано с температурной нестабильностью балансировки моста из-за того, что при включении более двух соседних калибровочных резисторов в мостовую схему в зоне прохождения электрического тока оказывается нерабочая приконтактная область. Указанная область представляет собой параллельное соединение сопротивлений перехода кремний-металл и диффузионного слоя, прилегающего к металлическому контакту. Обш.ее сопротивление приконтактной области имеет иную, чем у тензорезисторов, температурную зависимость, что при изменении температуры приводит к нарущению баланса моста и появлению погрешностей в результате измерения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является тензопреобразователь, содержащий упругую мембрану с размещенными на ней диффузионными тензорезисторами и калибровочными резисторами, включенными в мостовую схему, причем калибровочные резисторы выполнены с приливами и окнами под металлизацию в последних 2.

Недостатком известного тензопреобразователя является сравнительно низкая точность преобразования, что связано с искривлением линий прохождения электрического тока через калибровочный резистор из-за бокового расположе-ния по отношению к последнему омического контакта, в связи с чем затрудняется настройка тензопреобразователя по начальному выходному сигналу, связанная с низкой точностью получения номинальной величины сопротивления калибровочного резистора, топологический расчет которого проводится по номограмма.м, а также возникает температурная погрешность начального выходного сигнала, поскольку калибровочный резистор в этом случае является сопротивлением растекания (стягивания), температурная зависимость которого отличается от такой же зависи.мости для тензорезисторов по причине перераспределения плотности линий прохождения электрического тока. .

Цель изобретения - оовыщение точности преобразования.

Указанная цель достигается тем, что тензопреобразователь, содержащий упругую мембрану с размещенными на ней диффузионными тензорезисторами и калибровочными резисторами, включенными в мостовую

схему, причем калибровочные резисторы выполнены с приливами и окнами под металлизацию в последних, снабжен, по крайней мере одним высоколегированным диффузионным слоем с приливами и окнами под металлизацию в последних, размещенным между мембраной и калибровочными резисторами, а приливы калибровочных резисторов расположены поверх приливов высоколегированного слоя и повторяют их форму.

На фиг. 1 показан тензопреобразователь, вид сверху; на фиг. 2 - сечение тензопреобразователя в зоне дополнительного слоя, вдоль его; на фиг. 3 - то же, поперек этого слоя; на фиг. 4 - принципиальная схема тензопреобразователя.

5 Тензопреобразователь содержит упругую мембрану 1 с размещенными на ней диффузионными тензорезисторами 2-5 и калибровочными резисторами 6-9 и 10- 13. Материалом для изготовления упругой мембраны может служить, например, крем0 НИИ марки КЭФ-4 с концентрацией исходной примеси около 10 атом/см , Тензорезисторы 2-5 и калибровочные резисторы 6-9 и 10-13 выполнены из одного материала с концентрацией исходной примеси

5 (1-3)10 атом/см, которая выбрана из условия обеспечения минимального изменения сопротивления и чувствительности тензорезисторов от воздействия окружающей температуры. Калибровочные резисторы 6-9 и 10-13 соединены каждая группа

0 последовательно с высоколегированными диффузионными слоями 14 и 15 с приливами 16, размещенными по обе стороны от каждого резистора. Высоколегированные слои 14 и 15 и приливы 16 выполнены из того же материала, что и тензорезисторы и калибровочные резисторы, но с повышенной концентрацией примеси (2-5)10 атом/см. В приливах 16 выполнены окна 17 под контакт металлизации с материалом высоколегированных слоев 14 и 15. Через окна 17 приливы 16 у каждого резистора соединены

между собой металлизированными перемычками и 21-23, которые изолированы от материала высоколегированных слоев 14 и 15 защитным слоем 24, например, из двуокиси кремния. Перемычки 18, 19 и 20

г соединены между собой металлизированной полоской 25, а перемычки 21, 22 и 23 - металлизированной полоской 26.

Тензопреобразователь настраивают путем перерезания .металлизированных перемычек 18-23 и подключения в то или иное плечо мостовой схемы необходимого числа калибровочных резисторов 6-13. В случае подключения двух соседних калибровочных резисторов (например, 6 и 7 на фиг. 2) к величине сопротивлений калибровочных С резисторов добавляется сопротивление высоколегированного слоя 14 или 15, имеющее величину около 1 Ом, которое необходимо учитывать при балансировке моста по начальному выходному сигналу и которое определяется по формуле г -|-/ ,

где Р-ширина высоколегированного слоя

14 или 15; t - ширина одного из калибровочных

резисторов 6-13;

f - удельное поверхностное сопротивление высоколегированного слоя 14 или 15.

Так как указанное сопротивление высоколегированного слоя 14 или 15 из-за высокого содержания примеси имеет высокую термостабильнбсть, оно не оказывает негативного влияния на температурную погрешность начального выходного сигнала тензопреобразователя. Кроме того, перераспределение плотности линий прохождения электрического тока через калибровочные резисторы 6-13 при изменении температуры

незначительно, а, отсюда, также незначительно его влияние на изменение начального выходного сигнала. Таким образом, в целом, температурная погрешность будет невелика.

Тензопреобразователь работает следуюшим образом.

При приложении усилия к упругой мембране 1 последняя деформируется, вместе с ней деформируются и тензорезисторы 2-5, баланс моста нарушается и на его выходе появляется сигнал, регистрируемый вторичным измерительным прибором (не показан).

Применение изобретения позволяет повысить точность измерений за счет повышения точности настройки преобразователя по начальному выходному сигнадту, снижения его температурной погрешности и упрощения топологии калибровочных резисторов.

2/7

ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий упругую мембрану с размещенными на ней диффузионными тензорезисторами и калибровочными резисторами, включенными в мостовую схему, причем калибровочные резисторы выполнены с приливами vi окнами под металлизацию в последних, отличающийся тем, что с целью повышения точности преобразования, он снабжен по крайней мере одним высоколегированным диффузионным слоем с приливёми и окнами под металлизацию в последних, размещенным между мембраной и калибровочными резисторами, а приливы калибровочных резисторов расположены поверх приливов высоколегированного слоя и повторяют их форму.