Датчик давления Советский патент 1990 года по МПК G01L9/04 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерения давления, и может быть использовано в датчиках для измерения быстропеременного и статического давления жидких и газообразных сред при нестационарном температурном режиме работы (при термоударе), например при измерении давления в топливно-энергетических системах двигателей внутреннего сгорания и т.п.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет уменьшения температурной погрешности при воздействии термоудара и увеличения чувствительности.

На фиг 1 показана конструкция тензо- резисторного датчика давления; на фиг.2 - расположение тензорезисторов на мембране (топология); на фиг.З - измерительная схема.

Устройство включает корпус 1, мембрану 2, выполненную заодно со штуцером 3. На мембране 2 образованы два измерительных моста, один - из тензорезисторов 4-7, другой - из тензорезисторов 8-11. Тен- зорезисторы 4 и б покрыты слоем кремния

12.а тензорезисторы 9 и 11 - слоем кремния

13.Контактные площадки 14 служат для подключения входов измерительных мостов к источнику 15 питания, а также для подключения выходов измерительных мостов операционным усилителем (ОУ) 16 и 17, к выходам которых подключен блок 18 сложения (ВС)

Датчик давления работает следующим образом

При подаче измеряемого давления через штуцер 3 на мембрану 2 последняя прогибается, тензорезисторы 4-11 испытывают деформацию, а следовательно, изменяется их сопротивление Вследствие этого на выходах измерительных мостов появляются сигналы, пропорциональные измеряемому давлению.

При воздействии термоудара изменяются сопротивления тензорезисторов, а

ся

vj

Ј

ч

следовательно, изменяются выходные сигналы измерительных мостов. Ввиду того,что тензорезисторы измерительных мостов установлены на попарно равном расстоянии от центра мембраны, причем топология первого моста является зеркальным отображением топологии второго, температура на тензорезисторах 4 и 8, 5 и 9, 6 и 10, 7 и 11 Имеет попарно одинаковое значение при любых тепловых возмущениях. Покрытие слоем кремния в первом измерительном мосте пары окружных тензорезисторов, а во втором - пары радиальных приводит к тому, что тензорезисторы 4и8, 5и9, 6и10, 7и 11 имеют противоположные по знаку значения ТКС.

В результате этого изменения выходных сигналов измерительных мостов от температуры одинаковы, но имеют противоположный знак. .

После суммирования усиленных в ОУ с коэффициентом К выходных сигналов с первого и второго измерительных мостов на выходе БС получают удвоенный выходной сигнал от давления и практически нулевое (скомпенсированное) изменение выходного сигнала от температуры.

Кроме того, при покрытии тензорезисторов слоем кремния от 0,05 до 0,1 мкм увеличивается чувствительность датчика.

0

5

0

5

0

Это объясняется возрастанием коэффициента тензочувствительности тензорезисторов до величины 4-5 (тонкопленочные тензорезисторы, не покрытые слоем кремния, имеют коэффициент тензочувствительности от 2 до 3) за счет возрастания роли изменения удельного сопротивления материала при изменении его физических свойств.

Формула изобретения Датчик давления, содержащий корпус, мембрану с диэлектрической подложкой на ее поверхности, окружные и радиальные тензорезисторы, соединенные в два измерительных моста одинаковой топологии и закрепленные на диэлектрической подложке, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения температурной погрешности при воздействии термоудара и увеличения чувствительности, в нем измерительные мосты расположены симметрично относительно центра мембраны, а топология одного измерительного моста является зеркальным отображением другого, причем в каждом мосте по два тензорезистора противоположных плеч покрыты слоем кремния, при этом в одном измерительном мосте покрыта пара окружных тензорезисторов, а в другом - пара радиальных.

Изобретение может быть использовано для измерения с повышенной точностью быстропеременного и статического давления жидких и газообразных сред при нестационарном температурном режиме работы (при термоударе). Датчик давления содержит корпус, мембрану, два измерительных моста, имеющих одинаковую топологию и расположенных на диэлектрической подложке, нанесенной на мембрану. При этом топология одного моста является зеркальным отображением топологии другого и в каждом мосте по два тензорезистора противоположных плеч покрыты слоем кремния, перекрывающим поверхность, занимаемую тензорезисторами, причем в одном измерительном мосте покрыта пара окружных тензорезисторов, а в другом - пара радиальных. 3 ил.

4,5,6,18,9,10 1J

ъ

Фиг.1

Редактор А.Долинич

Фиг.з

Составитель О. С л юса рев Техред М.Моргентал

Корректор И.Муска