Датчик давления Советский патент 1988 года по МПК G01L9/08 

А

А/

А/

Изобретение относится к измерительной 1гехнике и может быть использовано, например, для измерения давлений .

Цель изобретения - повышение точности измерений давления.

На фиг.1 изображен датчик давления j на фиг.2 - мембрана; на фиг.З - корпус, общий вид; на фиг.4 - взаим- ное расположение корпуса и кварцевого резонатора.

Датчик давления содержит мембрану 1, корпус 2, выполненные из монокристаллического кремния п-типа одного среза, например (100). Мембрана I и

корпус 2 имеют области. 3 и 4 р-типа в виде диаметра в центре и радиального участка (фиг.2 и 3), на которых расположены электроды 5 и 6 из металла, например алюминия. Резонатор АТ- среза 7 установлен на выступы 8, сформированные в корпусе 2. Мембрана 1 и корпус 2 соединены между собой пос- редством слоя 9 легкоплавкого стекла, температурный коэфициент линейного расширения которого близок к аналогичной величине кремния, причем кристаллографические оси как мембраны , так и корпуса 2 совпадают. Выступы 8 расположены один относительно другого так (фиг.З), что острый угол, образованный прямыми, проходящими чере;

два противоположных выступа и центр симметрии корпуса 2, равен 60 .

Кварцевый резонатор (КР) 7 закреплен . на выступах 8 посредством клея так, что ось КР 7 делит острый угол пополам. Диаметр круглой р-об- ластей выбирается равным половине диаметра КР 7. Для снятия информации в виде частоты датчик подключается электродами 5, 6 в схему автогенератора. Полость, образованная мембраной 1 и корпусом 2, вакуумируется с целью устранения стоячих звуковых волн.

Датчик работает следующим образом

При номинальном давлении окружающей среды РО мембрана 1 расположена на расстоянии d от поверхности КР 7. Б этом случае емкость зазора, в котором возбуждается КР 7, равна Со. При этом колебательная система, образованная КР 7 и емкостью Со зазора, имеет резонансную частоту fo, которая имеет место на выходе автогенера

тора. Измеряя величину fо, судят о значении РО .

При отклонении измеряемого давления на величину d Р от его номинального значения происходит прогиб мембраны 1 на величину дЛ, что ведет к изменению скорости зазора, в котором возбуждается КР 7, на величину flC. Следовательно, частота автогенератора, в который включен датчик, изменяется на величину df. Фиксируя величину этого изменения, судят о значении ДР.

В датчике в силу расположения КР 7 относительно выступов 8 так, что КР закреплен в точках с минимальной тензочувствительностью, акустическая связь КР с корпусом минимальна, следовательно, добротность его вьше, а погрешность в определении давления, обусловленная нестабильностью частоты автогенератора, меньше.

I .

Формула изобретения

Датчик давления, содержащий корпус, соединенную с ним с образованием полости мембрану, кварцевый резо- натор, расположенный в полости, и электроды, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в полости в корпусе выполнена кольцевая проточка, соответствующая диаметру кварцевого резонатора, с четырьмя посадочными выступами, одна из пар которых расположена диаметрально противоположно другой, а каждый выступ пары отстоит относительно другого на 60°, кварцевый резонатор установлен параллельно мембране С образованием зазора между ними и закреплен на выступах, причем ось кварцевого резонатора расположена симметрично между выступами пары, а корпус и мембрана выполнены из монокристаллического кремния п-типа проводимости одинакового среза, причем в мембране и корпусе соосно с кварцевым резонатором вьшолнена область р-типа проводимости с диаметром в центре, равным половине диаметра кварцевого резонатора, соединенная радиальным участком с электродом, расположенным соответственно в периферийной части мембраны и корпуса, а кристаллографические оси мембраны и корпуса совпадают.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давлений. Целью изобретения является повышение точности измерения. В датчике в силу расположения кварцевого резонатора (КР) 7 относительно выступов так, что КР закреплен в точках с минимальной тен- зочувствительностью, акустическая связь КР с корпусом минимальна, следовательно, добротность его будет выше, а погрешность в определения давления, обусловленная нестабильностью частоты автогенератора, будет меньше. Для обеспечения этого условия выступы 8 корпуса 2 расположены относительно друг друга на 60, а ось КР расположена симметрично между выступами. Корпус 2 и мембрана i, воспринимающая давление, выполнены из монокристаллического кремния п-типа проводимости одинакового среза, причем в мембране и корпусе соосно с КР выполнена область р-типа проводимости с диаметром 3 в центре, .равным половине диаметра КР, и соединенная радиальным участком с электродом-5 в периферийной части мембраны. Изменение зазора между мембраной и областью р-типа проводимости приводит к изменению емкости зазора, в котором воэ- буждается КР, а следовательно, частота автогенератора. Фиксируя величину этого изменения, судят об изменений давления. 4 ил. с 5 (Л

Фиг.2

Фиг.ц