ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ Советский патент 1995 года по МПК G01L9/04 

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

Цель изобретения повышение чувствительности за счет оптимизации расположения и размеров тензорезисторов.

На фиг. 1, 2, 3 схематично изображен предлагаемый тензометрический преобразователь давления. Он представляет собой монокристалл 1 кремния, в котором способом анизотропного травления изготовлена мембрана 2 квадратной формы.

Плоскость мембраны совпадает с кристаллографической плоскостью (001), а стороны ориентированы вдоль взаимно перпендикулярных кристаллографических направлений [110] и [1]
Тензорезисторы R₁, R₂, R₃, R₄ p-типа проводимости сформированы диффузией бора и расположены в периферийных областях мембраны в соответствии с заявляемым решением, причем тензорезисторы с одинаковым знаком чувствительности расположены у противоположных сторон мембраны. Например, тензорезисторы R₁ и R₃ увеличиваются с увеличением давления, а тензорезисторы R₂ и R₄ уменьшаются с увеличением давления. Тензорезисторы образованы последовательным соединением резистивных полосок 3 и 4. Для соединения резистивных полосок между собой и уменьшения влияния поперечной тензочувствительноти используются высоколегированные соединительные области 5.

Контактные площадки 6 выполнены из алюминия.

Контактные площадки при помощи гибких выводов соединены с источником напряжения и резистором (на фиг.1, 2, 3 не показаны).

Резистивные полоски расположены внутри области, ограниченной кривой равных относительных изменений сопротивлений 7, удовлетворяющей соотношению

где L расстояние i-й точки кривой до оси [110]
а размер мембраны, параллельной оси [110] или [1]
L_110i расстояние i-й точки кривой до оси [1]
относительное изменение сопротивления тензорезисторов Δ ± 4,110 π₄₄P
π₄₄ пьезорезистивный коэффициент;
Р давление;
h толщина мембраны.

Тензометрический преобразователь давления работает следующим образом. Измеряемое давление воздействует на мембрану со стороны, противоположной планарной. В мембране возникают напряжения и деформации. Тензорезисторы воспринимают деформации и их сопротивления изменяются пропорционально измеряемому давлению. Причем, так как сопротивления тензорезисторов R₁ и R₃ увеличиваются, а тензорезисторов R₂ и R₄уменьшаются с увеличением давления, а тензорезисторы соединены в мостовую схему, то на выходе мостовой схемы формируется выходной сигнал, пропорциональный сумме изменений сопротивлений отдельных тензорезисторов. В связи с тем, что тензорезистивные полоски расположены в области, ограниченной кривой равных относительных изменений сопротивления, причем концы резистивных полосок касаются вышеуказанной кривой, чувствительность предлагаемого преобразователя к измеряемому давлению будет больше, чем у преобразователя, у которого длина резистивных полосок произвольным образом уменьшается по мере приближения к центру.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить чувствительность устройства. Преобразователь представляет собой монокристалл 1 кремния с мембраной 2, сформированной в нем способом анизотропного травления. В периферийных областях мембраны 2 расположены тензорезисторы R₁-R₄ образованные последовательным соединением резистивных полосок 3 и 4, размещенных внутри области, ограниченной кривой равных относительных изменений сопротивлений. При воздействии давления в мембране 2 возникают деформации, воспринимаемые тензорезисторами R -R₄ соединенными в мостовую схему. 3 ил.

ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ по авт. св. N 1075096, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, в нем резистивные полоски расположены внутри области, ограниченной кривой, удовлетворяющей соотношению

где расстояние i-й точки кривой до оси [110]
a размер мембраны, параллельной оси
L_110i расстояние i-й точки кривой до оси
относительное изменение сопротивления тензорезистора
π₄₄ пьезорезисторный коэффициент;
P давление;
n толщина мембраны,
причем на вышеупомянутой кривой расположены концы резистивных полосок.