Датчик давления Советский патент 1990 года по МПК G01L11/00 G01L11/04 

Изобретение относится к устройст-; вам для измерения статических и динамических давлений газообразных сред с помощью датчиков, исполь; ую- щих поверхностные акустические волны (ПАВ).

Цель изобретения - повышение надежности и технологичности датчика, а также уменьшение температурной погрешности.

На фиг.1 изображен датчик давления изометрия; на фиг.2 - то же, -продольный разрез.

Датчик давления на ПАВ содержит кремниевую мембрану 1, на которой расположен диффузионный резистивный

нагреватель 2, на нагреватель нанесен слой 3 двуокиси кремния J. на котором расположена поверхностно-акусти- ческая структура, включающая в себя излучающей 4 и приемный 5 электроды, на которые нанесен слой 6 пьезоэлек- трика, электроды ПАВ-структуры соединены с усилителем 7 и образуют с ним автогенератор. Резистивный нагреватель 2 имеет контактные площадки 8. Измеряемое давление подается в полость 9 через входное отверстие 10.

Датчик работает следующим обра- зом.

При отсутствии изменения измеряемого давления в полости 9, образованной мембраной 1 и фланцем датчика давления, мембрана 1 остается в исход ном состоянии, частота автогенератора неизменна и определяется топологией приемного и излучающего электродов и скоростью распространения ПАВ в акустическом канале. При измене- ниях измеряемого давления происходит механическая упругая деформация мембраны 1, а это приводит к искривлению акустического канала на поверхности мембраны 1, а также к изменению рас- стояния между излучающим 4 и приемным 5 электродами. Кроме, того, существенное влияние имеет нелинейное изменение упругости материала мембраны 1. Б результате действия всех перечис- ленных факторов (.механизмов воздействия) происходит изменение частоты автогенератора, которое однозначно связано с измеряемым давлением. Это позволяет получить частотный информативный сигнал, пропорциональный измеряемому давлению.

В диапазоне малых давлений (менее 1 мм рт.ст.) деформаций мембраны

10

.с

20 25

ЗО

д 40 45 jQ

55

не происходит, однако температура датчика становится зависимой от коэффициента теплопроводности газа, давление которого измеряется.

Изменения теплопроводности, обусловленные измеряемым давлением газа, приводят к изменению температуры мембраны 1, и в силу температурной зависимости времени задержки ПАВ изменяется выходная частота автогенератора.

Для повьщгения крутизны преобразования в диапазоне малых давлений в приповерхностном слое мембраны 1 формируется диффузионньш резистивньш нагреватель 2, который усиливает интенсивность тепловых процессов и тем самым степень влияния вариации коэффициента теплопроводности воздухаг в рабочей полости мембраны от измеряемого давления.

Для уменьшения влияния температуры окружающей среды в предлагаемом техническом решении предлагается ис-- пользовать такое сочетание слоев, расположенных на кремниевой мембране; 1, которое обеспечивало бы минималь- ный температурный коэффициент всей трехслойной системы, обеспечивающей реализацию процесса формирования выходного (частотного) сигнала на основе распространения ПАВ. Для это- то использовано сочетание слоя окиси цинка (ZnQ) (как пьзоэлектрического слоя) с защитным слоем двуокиси кремния (SiOj), гальванически изолирующего диффузионный резистивный нагреватель 2 от пьезоэлектрического слоя 6. При этом график теоретической зависимости температурного коэффициента частоты (ТЧК) многослойной структуры проходит через нуль при сочетании толщин слоев ZnO и SrO., равном 1:2(для основной моды). Предлагаемае сочетание слоев с учетом технологии получения диффузионного нагревателя позволяет обеспечить ряд преимуществ при массовом изготовлении датчика давления, а именно высокую технологичность, механическую прочность и надежность. I Формула иэобре тёния

1. Датчик давления, содержащий мембрану, резистивный нагреватель с токоподводами и встречно щтьфевые преобразователи поверхностных акустических волн - излучающий и приемный, подключенные соответственно к

5159763

выходу и входу усилителя, о т л и - дичающий с я тем, что, с целью повышения надежности и технологичности, в нем мембрана выполнена из

кремния, а нагреватель - в виде диф- 4 уэионного слоя, расположенного на внешней поверхности мембраны, при этом на нагреватель нанесен слой кремния, а встречно штыревые преобразователи расположены на нем и пок10

16 .

рыты слоем пьезоэлектрического материала.

2. Датчик ПОП.1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения температурной погрешности, в нем в качестве пьезоэлектрического материала использована окись цинка, толщина слоя которого в два раза больше толщины слоя двуокиси кремния.

Изобретение относится к устройствам для измерения статических и динамических давлений газообразных сред с помощью датчиков, использующих поверхностные акустические волны (ПАВ). Цель изобретения - повышение надежности и технологичности датчика и уменьшение температурной погрешности. Датчик давления на ПАВ содержит кремниевую мембрану 1, на которой расположен диффузионный резистивный нагреватель 2, на нагреватель нанесен слой 3 двуокиси кремния, на котором расположена поверхностно-акустическая волновая структура, включающая в себя излучающий 4 и приемный 5 электроды, на которые нанесен слой 6 пьезоэлектрика (окиси цинка), электроды ПАВ структуры соединены с усилителем 7 и образуют вместе автогенератор. Резистивный нагреватель 2 имеет контактные площадки 8. Измеряемое давление подается в полость 9 через отверстие 10. Изменения теплопроводности, обусловленные измеряемым давлением газа, приводит к изменению температуры мембраны 1 и в силу температурной зависимости времени задержки ПАВ изменяется выходная частота автогенератора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.