Интегральный преобразователь давления Советский патент 1989 года по МПК G01L9/04 

151

Изобретение отш сится к изчсри- тельной технике, в частности к интегральным тензопреобразоватолям, предназначенным для иснользопания в раз- личных областях наугал и техники, связанных с измерением давления.

Целью изобретения является повыше- нне технологичности, упрощение конструкции при воздействии нестационарной температуры измеряемой среды.

На фиг. 1 и 2 схематично изображен интегральньй преобразователь дагшсния

Интегральный преобразователь давления представляет собой монокрис- талл кремния, п котором способом анизотропного травления выполнена квадратная мембрана 1 за одно целое с опорным основанием 2. Плоскость мембраны совпадает с основной кристалло- графической плоскостью (001), а сто- РОНЫ мембра.ны ориентированы вдоль взаимно перпс11дикулярньгх напраппений 110 и П 0. Тензорезисторы R1 , R2, R3, R4 р-типа проводимости диффузией бора и расположены в периферийных областях мембраны, причем Тензорезисторы с одинаковым знаком чувствительности расположены у противоположных сторон мембраны. По- верхностное сопротивление тензоре- зистор.ов 100 Ом/квадрат. Для соединения тепзорезисторов в замкнутую мостовую схему используются высоколегированные соединительные области 3 с по- верхност1шм сопротивлением 11 Ом/квадрат: контактн1 1е площадки 4 выполнены из алюминия. Контактные площадки при ГЮМО1Щ1 гибких выводой соединены с источником напряжения и резистором (на фиг. 1, 2 не показаны).

Терморезистор 5 вьпюлпен в ппде , двух соединепн.ьгх между собой взаимно перпендикулярных резистивных полосок

ВИИ нестационарной температуры изме- ряемо среды терморезистор может быть выполнен в виде четырех идентичных частей, расположенных во всех четырех углах мембраны и соедине1П1ьпс между собой высоколегированными перемычками (фиг. 1).

Интегральный преобразователь давления работает следующим образом.

Измеряемое давление воздействует на мембрану со стороны, противоположной планарной. В мембране возникаю напряжения и деформации. Тензорезисторы воспринимают деформации и их сопротивление меняется пропорционально измеряемому давлению. Причем, так как сопротивление тензорезисторов R1 и R3 увеличиваются, а тензорезисторов R2 и R4 уменьшаются с увеличением . давления, при этом Тензорезисторы соединены в мостовую схему, то на выход схемы формируется выходной сигнал, пропорциональньп сумме измерений сопротивлений отдельных тензорезисторов. При изменении температуры окружающей терморезистор также изменит свое сопротивление. Включением терморезистора параллельно выходной диагонали моста можно добиться компенсации изменения выходного сигнала от температуры.

Для большей точности компенсации изменения выходного сигнала могут быть использованы дополнительные подстраиваемые резисторы, включенные параллельно и последовательно терморезистору (на фиг. 1, 2 не показаны). При воздействии нестационарной темпег ратуры измеряемой среды на преобразователь давления,у которого терморезистор вьшолнен в виде четырех идентичных частей, расположенных в

Интегральный преобразователь давления может быть использован для измерения давления с повышенной точностью при воздействии нестационарных температур. При воздействии нестационарной температуры на преобразователь, у которого терморезистор 5 выполнен в виде четырех идентичных частей, расположенных в углах мембраны 1, точность температурной компенсации будет существенно выше, т.к. терморезистор более равномерно воспринимает температуру. Резистивные полоски терморезистора должны находиться на границе раздела мембраны и опорного основания, т.к. при их удалении от нее ухудшаются условия для повышения чувствительности преобразователя. Повышается также технологичность, т.к. нет необходимости при расчете топологии в введении дополнительных угловых координат. 2 ил.

6 и 7, расположенных в од}юм из углов УГ лах мембраны, точность температурмембраны вдоль одного из направлении C110, причем резистивные полоски касаются границы раздела мембраны и опорного основания. Термореэистор расположен в одном из углов мембраны для того, чтобы иметь полностью замкнутый мост с односторонним расположением соединительных областей. Поверхностное сопротивление тензорезистора 1000 Ом/квадрат.

Форма и размеры резистивных полосок идентичны друг другу.

С целью повышения точности температурной компенсации при возд,еГ1СТ50

55

НОИ компенсации будет существенно выше, так как терморезистор, состоящий из четырех идентичньпс частей, ( распределенных равномерно и снимет- , рично на поверхности мембраны, более точно воспринимает температуру измеряемой среды.

Сопротивление терморезисторов определяется в основном сопротивлением- резистивных полосок, так как их поверхностное сопротивление примерно в 100 раз больше поверхностного сопротивления резистивных перемычек.

УГ лах мембраны, точность температур

НОИ компенсации будет существенно выше, так как терморезистор, состоящий из четырех идентичньпс частей, ( распределенных равномерно и снимет- , рично на поверхности мембраны, более точно воспринимает температуру измеряемой среды.

Сопротивление терморезисторов определяется в основном сопротивлением- резистивных полосок, так как их поверхностное сопротивление примерно в 100 раз больше поверхностного сопротивления резистивных перемычек.

Резнстивные полоски должны касаться границы раздела мембра1гы и опорного основания, так как, если они будут находиться дальше от границы, ухудшатся условия для поиьшения чувствительности преобразователя из-за необходимости окисления большей поверхности мембраны. Если же терморезистор будет больше смещен в сторо- ю ну опорного основания, то условия восприятия температурной измеряемой среды терморезистором, особенно при воздействии нестационарной температуры измеряемой среды, ухудшатся )5 из-за существенно большей толщины опорного основания по сравнению с толщиной мембраны.

Поскольку терморезистор выполне 20 в виде двух взаимно перпендикулярных резистивных полосок, расположенных в одном из углов мембраны вдоль одного из направлений 110, то при расчете топологии нет необходимости вне- 25 дения дополнительных угловых координат. Точность выполнения координат терморезистора повышается также за счет того, что при выполнении фотоори Формула изобретения

воздействии нестационарной температуры измеряемой среды, в него введены гинала на координатографе терморезис- зо дополнительных терморезистора, и тензорезистор выполняются прирасположенных идентично первому, сотор

их одинаковом

жении.

угловом располо ответственно каждый лах мембраны.

в других трех угю )5

20 25 150826

Формула изобретения

ответственно каждый лах мембраны.

в других трех

Фиг г