Чувствительный элемент датчика давления на поверхностных акустических волнах и способ его изготовления Советский патент 1986 года по МПК G01L11/00 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам контроля давления газообразных и жидких сред с преобразователями поверхностных акустических волн (ПАВ), и может быть использовано в бортовой аппаратуре транспортных средств для, например, контроля величины разрежения во впускном трубопроводе ДВС.

Цель изобретения - уменьшение погрешности и повышение воспроизводимости измерения.

На фиг. 1 представлен предлагаемый чувствительный элемент (ЧЭ) датчика с подключенными к нему электронными компонентами; на фиг. 2 а, б, в - способ его изготовления.

ЧЭ включает мембранный УЭ 1, выполненный в виде закрепленной на основании 2 со сквозным отверстием мембраны 3, на поверхности которой размеидены измерительная 4 и компенсирующая 5 структуры на ПАВ ( в виде ЛЗ на ПАВ или ПАВ-резона- торов). Путем включения ПАВ-структур 4 и 5 в цепи обратной связи соответствуюш.их усилителей 6 и 7 образованы ПАВ-генера- торы, выходы которых подключены к входу смесителя 8, нагруженного на фильтр нижних частот (ФНЧ) 9. Изготовление ЧЭ начинают с формирования двухслойной структуры из силикатных стекол 10 и 11 (фиг. 2 б) с различной скоростью растворения в растворах фтористоводородной кислоты, после чего проводят формирование мембранного УЭ путем химического травления двухслойной структуры со стороны стекла с большей скоростью растворения (фиг. 2 б,в) до получения конечного УЭ, имеющего мембрану 3 и основание 2 (фиг. 2 в), выполненные из соответствующих стекол 10 и 11. На поверхности мембраны 2 УЭ известными методами размещают ПАВ-структуры (ЛЗ или резонаторы) 4 и 5 с использованием пьезоэлектрических пленок, например, ZnO.

При измерении давления Р его изменение приводит к деформации мембраны 3 и изменению частот генерации fi и 2 генераторов на соответствующих ПАВ-структурах 4 и 5 в противоположных направлениях вследствие противоположного характера деформаций в центре и на периферии мембраны 3. В результате смещения частот в смесителе 8 получается разностная частота Af(fi- fj), выделяемая ФНЧ 9. Частота Л1 пропорциональная измеряемому давлению Р, причем температурный дрейф уменьщен вследствие включения ПАВ-структур 4 и 5 по дифференциальной схеме.

Формирование мембранного УЭ проводят путем химического травления двухслойной структуры со стороны стекла 11 с большей скоростью растворения V2 (фиг. 2 в). Процесс травления обычно ведут в смеси HF и и H2SO4, причем H2SO4 служит для исклю0

5

0

5

0

5

0

5

0

чения отложения на поверхности стекла защитных корок из нерастворимых продуктов травления. Интенсификация процесса травления достигается путем нагрева, перемешивания, наложения ультразвука, пробуль- кивания сжатых газов.

Изотропный характер травления, вследствие изотропности материала стекла 11 и травителя, приводит к невоспроизводимости скорости травления и значительному различию толщины формируемого в стекле 11 утоньщения в центре hy и на периферии Ь„ (фиг. 2 в), что не позволяет использовать однослойную структуру (на основе только одного стекла 11) для формирования прецизионных УЭ с достаточной воспроизводимостью процесса. В предлагаемой двухслойной структуре при выходе поверхности травления на границу раздела стекол 10 и 11 скорость травления наиболее утоньшенной части структуры резко падает (так как скорость травления стекла 10 много меньше, чем стекла 11), а в более толстых участках остается прежней (там продолжается процесс травления стекла 11), в результате чего происходит быстрое выравнивание толщины мембраны по ее диаметру, причем вследствие резкого падения скорости травления в стекле 10 конечная толщина мембраны определяется его начальной толщиной и отличается повышенной воспроизводимостью.

Отношение Vz/Vi выбирается из условия получения необходимых равномерности и воспроизводимости толщины мембраны, которые растут с увеличением этого отношения. При обычных диаметрах мембран 3-12 мм и исходной неравномерности по толщине в однослойной структуре All 50-Ю ; мкм необходимая неравномерность мкм достигается при V2/V| .

Формула изобретения

1.Чувствительный элемент датчика давления на поверхностных акустических волнах (ПАВ), включащий мембранный упругий элемент, выполненный в виде закрепленной на основании со сквозным отверстием мембраны, на поверхности которой сформированы измерительная и компенсирующая структуры на ПАВ, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности и повышения воспроизводимости измерения, мембрана и основание выполнены из силикатных стекол с соответствующими скоростями растворения Vi и V2 в растворах фтористоводородной кислоты, удовлетворяющими соотнощению V2/Vi 5-10.

2.Способ изготовления чувствительного элемента датчика давления на ПАВ, включающий формирование мембранного упругого элемента и размещение на его поверхности структур на ПАВ, отличающийся тем, что предварительно получают двухслойную

структуру из силикатных стекол с различной скоростью растворения, после чего проводят формирование мембранного упругого элемен11

/

11

/

та путем химического травления двухслойной структуры со стороны стекла с большей скоростью растворения.

2/

фиг. 2

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в бортовой аппаратуре транспортных средств. Для уменьшения погрешности и повышения воспроизводимости измерений основание и закрепленная на нем мембрана 3 чувствительного элемента выполнены из силикатных стекол с соответствуюш,ими скоростями растворения в растворах фтористоводородной кислоты. На поверхности мембраны 3 размешены измерительная 4 и компенсирующая 5 структуры, включение которых по дифференциальной схеме приводит к уменьшению температурного дрейфа. При изготовлении чувствительного элемента производят химическое травление двухслойной структуры со стороны стекла с большей скоростью растворения в смеси HF и H2SO4, исключающей отложение на поверхности стекла корок из нерастворимых продуктов травления. 2 с.п.ф-лы, 2 ил. s (Л Si(p,r- uf(P) Ю ел о оо ел СХ)