Тензометрический преобразователь давления Советский патент 1988 года по МПК G01L9/04 

1121) 4151302/24-10

(22) 24.11.86

(46) 07.05.88. Бюл. № 17

(72) Е. М. Белозубов, В. В. Красильникова и А. А. Кремнев

(53)531.787(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР 800742, кл, G 01 L 9/04, 1981.

Авторское свидетельство СССР 1196705, кл. G 01 L 9/04, 1983.

(54)ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ

(57)Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение технологичности и упрощение конструкции преобразователя. Измеряемое давление воздействует на

мембрану со стороны, противоположной шханарной. В мембране возникают напряжения и деформации. Тензорезисто- ры воспринимают деформации и их сопротивление изменяется пропорционально измеряемому давлению. Так как сопротивление тензорезисторов R, и Rj увеличиваются, тензорезисторов Rj и Н уменьшаются с увеличением давления, а танзорезисторы соединены в мостовую схему, то на выходе схемы формируется выходной сигнал, пропорциональный сумме изменений сопротивлений отдельных тензорезисторов. При изменении температуры окружающей среды терморезистор также изменяет свое сопротивление. 2 ил.

ftw;

W

fCff,

cutg

CAd CD .4

P Ki

4i

f tftllf rf

I Изобретение относится к измерительной технике, в частности к интеграль- аым тензопреобразователям, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных |с измерением давления.

Цель изобретения - Ловышение тех- :нологичности и упрощение конструкции преобразователя„

; На фиг, 1 схематично изображен предлагаемый преобразователь давления; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1.

Преобразователь давления представляет собой монокристалл кремния, в котором способом анизотропного травления выполнена квадратная мембрана 1 за одно целое с опорным основанием 2

Плоскость мембраны совпадает с основной кристаллографической плоско- стьго 001, а стороны мембраны ори ентированы вдоль взаимно перпендикулярных направлений 110 и 110. Тензорезисторы R R Ra, t, р-тип проводимости сформированы диффузией бора и расположены в периферийных областях мембраны, причем тензорези- сторы с одинаковым знаком чувствительности расположены у противоположных сторон мембраны. Например, тен- .зорезисторы R, и Rj увеличиваются с увеличением давления. Для соединения тензорезисторов в замкнутую мостовую схему используются высоколегированные соединительные области 3.

Контактные площадки 4 выполнены из а,:-1юминия. Контактные площадки при помощи гибких выводов соединены с источником напряжения и регистрато-, ром (не показаны). Терморезистор 5 выполнен в виде трехполоскового меандра в связи с тем, что однополоско вьм резистор не удовлетворяет номиналу, а двухполосковый и четырехпо- лосковьм имеют большой разброс возможного несовмещения резистивных и соединительных слоев фотошаблонов, Терморезистор расположен в одном из углов прямоугольной мембраны для того, чтобы иметь полностью замкнутый мост с односторонним расположением соединительных областей.

Резистивные полоски 6 направлены вдоль направления 110. Резистивные полоски соединены между собой пере- мычками 7, причем одна из резистивных полосок и соединенная с ней перемычка расположены на периферии мембраны и касаются границы 8 раздела

мембраны и опорного основания. Вследствие симметричности характеристики мембраны тензорезистор может быть расположен в любом из углов мембраны. Но при этом необходимо соблюдать условие, чтобы одна из резистивных полосок и соединенная с ней перемычка рыли расположены на периферии мембраны и опорного основания.

Длина меандра определяется в соответствии с предлагаемым соотношением,

Преобразователь давления работает следующим образом.

Измеряемое давление воздействует на мембрану со стороны, противоположной планарной, В мембране возникают напряжения и деформации. Тензорези-. сторы воспринимают деформации и их сопротивление изменяется пропорционально измеряемому давлению. Причем так как сопротивления тензорезисторов R и Rg увеличиваются, тензоре™ зисторов R J и R 4 уменьшаются с увеличением давления, а тензорезисторы соединены в мостовую схему, то на выходе схемы формируется выходной сигнал, пропорциональный сумме изменений сопротивлений отдельных тензорезисторов. При изменении температуры окружающей среды терморезистор также изменяет свое сопротивление.

Технико-экономическим преимуществом предлагаемого решения является повышение технологичности за счет упрощения изготовления фотооригиналов и упрощения расчета топологии, а также возможность выполнения высокоомно- го терморезистора

формула изобретения

Тензометрический преобразователь давления, содержащий квадратную мембрану из монокристаллического кремния п-типа проводимости, выполненную за одно целое с опорньп основанием, . плоскость которой совпадает с основной кристаллографической плоскостью а стороны ориентированы вдоль взаимно перпендикулярных направлений 0, расположенные в периферийных областях мембраны тензорезисторы р-типа проводимости, соединенные в мостовую схему, и терморезистор р-типа проводимости, отличающий с я тем, что, с целью повышения технологичности и упрощения -конструкции, в нем терморезистор выполнен в

виде меандра, расположенного в одном из углов мембраны вдоль одного из направлений 110, причем одна из ре- зисторных полосок меандра и соединенная с ней;перемычка расположены на границе раздела мембраны и опорного

I

основания, а длина меандра удовлетворяет следующему соотношению:

L 8160re/cJ+ 13 мкм , где В - ширина резистивной полоски

терморезистора; С - длина стороны мембраны.