Полупроводниковый датчик давления Советский патент 1990 года по МПК G01L9/04 

сл

с

Полупроводниковый датчик давления может быть использован для измерения давлений с повышенной точностью в широком диапазоне температур и при воздействии агрессивных сред. Измеряемое давление воздействует на защитную металлическую мембрану 1 и вызывает ее прогиб. Этот прогиб приводит к перемещению ее жесткого центра 3 и соотвественно стеклянного стержня 5. Так как края полупроводниковой мембраны соединены с кольцом 2 через стеклянную втулку 4, то появляются деформации в тонкой части мембраны 6 и сигналы с тензосхемы. Защитная мембрана может быть выполнена из нержавеющей стали. Выбор параметров стеклянной втулки и стержня по представленному соотношению позволяет уменьшить температурную погрешность. 1 ил.

ел

00

00

41

ON 00

Изобретение отно сится к измерительной технике и может быть использовано при конструировании полупроводниковых датчиков давления агрессивных жидкостей и газов, используемых при измерении давления в нефтехимической промышленности.

Целью изобретения является повышение точности, расширение температурного диапазона и эксплуатационных возможностей датчика.

На чертеже показана конструкция датчика давления, содержащая защитную металлическую мембрану 1 с тонкой рабочей частью, массивным опорным кольцом 2 и жестким центром 3. В опорном кольце 2 закреплена стеклянная втулка 4, а в жестком центре - стеклянный стержень 5, к которым крепиТгся полупроводниковая мембрана, содержащая тонкую рабочую часть б, жесткий центр 7 и опорное кольцо 8. На внешней стороне полупроводниковой мембраны сформирована тензосхема, соединенная через тонкие выводы 9 с контактной колодкой 10. Все названные детали помещены в кожух 11 и закрыты крышкой 12. В кольце 2, образующем одно целое с защитной мембраной 1, выполнены кольцевые проточки 13, предназначенные для уменьшения термомеханических напряжений при вплавлении стеклянной втулчи 4,

Датчик давления работает следующим образом.

Измеряемое давление Pi воздействует на защитную металлическую мембрану 1 и вызывает ее прогиб. Этот прогиб приводит к перемещению ее жесткого центра 3 и соответственно стеклянного стержня 5, соединенного с жестким центром 7 .полупроводниковой мембраны. Так как края полупроводниковой мембраны,вынесенные в виде опорного кольца 8, соединены с кольцом 2 через стеклянную втулку 4, то перемещение жесткого центра 7 приведет к появлению деформаций в топкой части мембраны 6. Тензосхема, сформированная, на обратной стороне полупроводниковой мембраны, преобразовывает деформации в изменение сопротивлений тепзорезисторов и соответственно в выходной сигнал, который через тонкие выводы 9 поступает на контактную колодку 10 и на выход датчика. Замем- бранная полость датчика закрывается крышкой 12. При измерении абсолютного давления эта полость вакуумируется, а в случае избыточного давления там сохраняется давление окружающей среды. Защитная мембрана 1 может быть выполнена из нержавеющей стали. Соединение стеклянного стержня 5 стеклянной втулки-4 с жестким центром 3 и кольцом 2 производится

сплавлением. Высота стеклянной втулки 4 и стержня 5 зависит от различия температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛ Р) материала защитной мембраны и полупроводниковой мембраны.

Преимуществом датчика давления является то, что выполнение защитной металлической мембраны из нержавеющих сталей расширяет область его применения почти во всех агрессивных средах. Упрощается изготовление датчика в части соединения полупроводниковой мембраны и защитной металлической мембраны. Это соединение лучше всего выполнимо Б паре стекло-полупроводник. Кроме этого, использование

стекла между защитной мембраной м полупроводниковой мембраной в наибольшей степени обеспечивает согласование ТКЛР с полупроводниковой мембраной и повышает точность и стабильность характеристик тензосхемы и датчика в целом.

Формула изобретения

Полупроводниковый датчик давления,

содержащий металлический корпус, выполненную за одно целое с корпусом разделительную мембрану и расположенную соосно с ней полупроводниковую мембрану с тензорезисторами с утолщенной периферийной и центральной жесткой частями, о т личающийся тем, что, с целью повышения точности, расширения температурного диапазона и эксплуатационных возможностей, в него введено опорное стеклянное

кольцо и стеклянный стержень, при этом стеклянное кольцо закреплено между корпусом и периферийной частью полупроводниковой мембраны, а стержень - между центром разделительной мембраны и центральной жесткой частью полупроводниковой мембраны, при этом стеклянное кольцо и стержень выполнены равными по высоте, которая удовлетворяет соотношению

где ai , ay. - соответственно температурные коэффициенты линейного расширения металлической разделительной и полупроводниковой мембран;

5hp - толщина периферийной части полупроводниковой мембраны.