Датчик давления Советский патент 1990 года по МПК G01L9/04 

1

21) 4470515/24-10 (22) 08,08.88 (46) 07.06.90. Бюл, № 21 (72) Е.М.Белозубов

(53)531.787(088,8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1377633, кл. G 01 L 9/04, 1988.

(54).ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

(57)Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления с повышенной точностью в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды. Цель достигается тем, что в датчике давления, содержащем корпус, мембрану, тонкопленоч- ный тензорезистивный мост, сформированный на мембране из тензорезисто- ров 4, 5, 6, 7, и тонкопленочные терморезисторы 8, 9, 10, II, совмещенные с соответствующими тензорезисто- рами.Терморезисторы 8, 9f iO$ 1 частично расположены меэкду мембраной и соответствующими тензорезисторами, а частично расположены вне соответствующих тензорезисторов, вдоль одной и наибольшей стороны соответствующего тензорезистора, не касаясь его кон- тактных площадок 12, При этом каждый терморезистор имеет только по одной контактной площадке 13f 14, 15, 6, а общим выводом терморезисторов служит одна из контактных площадок тензорезистивного моста. Граница 17 между каждым терморезистором и его контактной площадкой выполнена параллельно наибольшей стороне соответствующего тензорезистора, а сопротивление терморезисторов не менее чем на два порядка больше сопротивления тензорезисторов, 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления с повышенной точностью в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды. Цель достигается тем, что в датчике давления, содержащем корпус, мембрану, тонкопленочный тензорезистивный мост, сформированный на мембране из тензорезисторов 4, 5, 6, 7, и тонкопленочные терморезисторы 8, 9, 10, 11, совмещенные с соответствующими тензорезисторами. Терморезисторы 8, 9, 10, 11 частично расположены между мембраной и соответствующими тензорезисторами, а частично расположены вне соответствующих тензорезисторов, вдоль одной и наибольшей стороны соответствующего тензорезистора, не касаясь его контактных площадок 12. При этом каждый терморезистор имеет только по одной контактной площадке 13, 14, 15, 16, а общим выводом терморезисторов служит одна из контактных площадок тензорезистивного моста. Граница 17 между каждым терморезистором и его контактной площадкой выполнена параллельно наибольшей стороне соответствующего тензорезистора, а сопротивление терморезисторов не менее чем на два порядка больше сопротивления тензорезисторов. 4 ил.

12 17 tt 5 9 12 10 10

гт пт

17 13 в 12 7 16 11 17 1 12 Фиг. 2

17

- 11

Изобретение относится к измерителной технике, в частности к датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и т.ехники связанных с измерением давления в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды (термоудара).

Целью изобретения является увели- чение точности в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды.

На фиг,1 изображен датчик давления, общий вид; на фиг,2 - мембрана со снятым корпусом, вид сверху; на фиг.З - узел I на фиг,2; на фиг,4 - сечение А-А на фиг.З; i:a фиг.З - эквивалентная электрическая схема предлагаемого датчика давления.

Датчик давления содержит корпус 1 мембрану 2, тонкопленочный тензорепис тивный мост 3 формированный на мембране. Тензорезистивный мост состоит из тензорезисторов 4-7. В случае использования металлической мембраны необходимо перец-формированием электрической схемы предварително нанести на мембрану изолирующий слой. Тонкопленочные терморезисгоры 8-11 выполнены из пленки Ti-Zn-N толщиной ,02 мкм и совмещены с соответствующими тензорезисторами 4-7 толщиной 0,1-0,2 мкм. Терморезисторы частично расположены между мембраной и соответствующим тензоре- зистором и частично вне тензорезисторов (фиг.З), вдоль одной из наиболшей стороны соответствующих тензорезисторов, не касаясь их контактных площадок 12 (фиг.2).

Каждый терморезистср 8-11 имеет только одну контактную площадку 13- 16, общим выводом терморезисюров служит одна из контактных площадок чувствительного элемента, что упрощает коммутацию элементов. Граница 17 между каждым терморезистором и его контактной площадкой (т.е. линия, где на терморезисторе начинается контактная площадка) выполнена параллельно наибольшей стороне соотвествующего тензорезистора.

Датчик работает следующим образом. При воздействии на мембрану давления в ней возникают напряжения и деформации, Тензорезисторы воспринимают деформации, сопротивление их изменяет

5 0

5 0

5

ся. Изменение сопротивлений тензорезисторов преобразуется мостовой схемой в выходной сигнал. При изменении температуры измеряемой среды температура тензорезисторов изменяет- ся, его характеристики также изменяются. Так как термореэисторы частично расположены между мембраной и соответствующими тензорезисторами, а частично расположены вне соответствующих тензорезисторов вдоль одной из наибольшей стороны соответствующего тензорезистора, то температура терморезистора с высокой точностью отслеживает температуру тензорезисторов вследствие малого термического сопротивления йежду тензорезисторами и терморезисторами. Так как сопротивление терморезисторов существенно больше сопротивления тензорезисторов, то влияние терморезисторов на тензорезисторы и тепзорезисторов на терморезисторы будет незначительным. Поэтому изменение сопротивления терморезисторов от температуры тензорезисторов не будет зависеть от изменения сопротивления тензорезисторов от температуры или давления.

Изменение сопротивления терморезисторов от температуры совместно с выходным сигналом тензомоста подается на вход микропроцессора (на фиг.1-4 не показан), в котором запрограммирована индивидуальная корреляционная характеристика выходного сигнала тензомоста и сопротивлений терморезисторов, Причем входные - цепи микропроцессора по фиксации сопротивлений терморезисторов могут быть организованы самым различным образом. Например, можно использовать изменение тока, протекающего через терморезистор в зависимости от температуры, или в случае включения последовательно с терморезисторами дополнительных резисторов использовать изменение напряжения на полученном делителе напряжения. Граница между каждым терморезистором и его контактной площадкой выполнена параллельно наибольшей стороне соответствующего терморезистора с целью равномерного распределения сопротивления терморе- зистора вдоль тензорезистора.

Преимуществом датчика является уменьшение в 3-4 раза аддитивной температурной погрешности в условиях

воздействия нестационарной температуры измеряемой среды за счет более точного восприятия терморезисторами температуры соответствующих тензоре- зисторов и возможности раздельного учета температуры каждого из тензо- резисторов. Индивидуальный учет температуры каждого тензорезистора позволяет учесть индивидуальные темпе- ратурные характеристики каждого тензорезистора, а также индивидуальную температуру каждого тензорезистора при произвольном распределении температур отдельных тензорезисторов в слу- чае воздействия нестационарной температуры измеряемой среды,

Формула изобретения

Датчик давления, содержащий корпус, закрепленную в нем мембрану, четыре

13

1

/4

Фиг.З А

Q 5

0

ме.таллопленочных тензорезис тора, соединенные в измерительный мост контакт ными площадками, сформированными на мембране, и четыре металлопленочных терморезистора, каждый из которых соединен с соответствующей дополнительной контактной площадкой, о тли - ч а ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения точности в условиях воздействия нестационарной температуры, в нем терморезисторы сформированы на мембране, на поверхности терморезисторов закреплены тензорезисторы и дополнительные контактные площадки, при этом каждая дополнительная контактная площадка расположена с. зазором относительно соответствующего тензорезистора и параллельно ему, а сопротивление каждого терморезистора не менее чем на два порчдка Ьольле сопротивления тензорезистора.

/4

Фиг.1

А-А

Фигм

Я

num.

fl

0

о tf fe)

оЛЫ

°/w