Устройство для измерения давления Советский патент 1991 года по МПК G01L9/04 

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

Целью изобретения является повыше- . ние точности измерения давления в услови- ях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды.

На фиг.1 изображен датчик давления, общий вид; на фиг.2 - фрагмент узла I на фиг.1; на фиг.З-датчик со снятым корпусом,

вид сверху; на фиг.4 - схема соединений резисторов в устройстве.

Датчик давления содержит корпус 1, мембрану 2, тензорезисторный мост 3 из тензорезисторов 4,5,6,7. сформиро ванный на мембране, и терморезисторы 8,9,10,11, совмещенные с соответствующими тензоре- эисторэми 4.5,6,7. Мембрана выполнена из монокристалла кремния n-типа проводимости.

Тензорезисторы 4.5,6,7 и их коммутационные области 12 выполнены n-типа проводимости. Поверхностное сопротивление тензорезисторов на порядок больше поверхностного сопротивления коммутационных областей 11. Терморезисторы 8.9 10.11 них

О

о

00 00 00

коммутационные области 13 выполнены р- типа проводимости. Поверхностное сопротивление терморезисторов 8,9,10,11 на три порядка больше поверхностного сопротивления коммутационных областей 13. Тензо- резисторы и терморезисторы выполнены непосредственно соприкасающимися друг с другом по наибольшей поверхности. Тен- зорезисторы и терморезисторы запитыва- ются напряжением различной полярности, причем терморезисторы р-проводимости запитываются напряжением отрицательной полярности, а тензорезисторы п-проводи- мости запитываются напряжением положительной полярности. Коммутационные области тензорезисторного моста соединены с контактными площадками 14. Коммута- ционные области терморезисторов соединены с контактными площадками 15.

Устройство работает следующим обра- зом.

При воздействии на мембрану давления в ней возникают напряжения и деформации. Тензорезисторы воспринимают деформации, сопротивление их изменяется. Изменение сопротивлений тензорезисто- ров преобразуется мостовой схемой в выходной сигнал. При изменении температуры измеряемой среды температура тензорезисторов изменяется, его харак- теристики также изменяются. Так как тензорезисторы и терморезисторы выполнены непосредственно соприкасающимися друг с другом по наибольшей поверхности, то температура терморезисторов с высокой точностью отслеживает температуру тензорезисторов вследствие малого термического сопротивления р-п-перехода, образующегося между тензорезистором и терморезистором вследствие того, что тен- зорезисторы и терморезисторы запитываются напряжением разпой полярности. В связи с тем, что резисторы р-проводимости запитываются напряжением отрицательной полярности, а резисторы п-проводимости напряжением положительной полярности, то сопротивление p-n-перехода будет значительным. Вследствие этого взаимное влияние терморезисторов на тензорезисторы будет несущественным.

Изменение сопротивления терморезисторов от температуры совместно с выходным сигналом тензомоста подается на вход

микропроцессорного устройства (на фиг.1 не показано), в котором запрограммирована индивидуальная корреляционная характеристика выходного сигнала тензомоста или выходного сигнала терморезисторного моста или выходных сигналов р-п-перехо- дов. В результате на выходе микропроцессорного устройства получается сигнал, не зависящий от температуры .

Преимуществом устройства является уменьшение в 3-4 раза аддитивной температурной погрешности в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой сроды за счет более точного восприятия терморезисторами температуры соответствующих тензорезисторов и возможности отдельного учета температуры каждого из тензорезисторов. Индивиду- альный учет температуры каждого тензорезистора позволяет учесть индивидуальные температурные характеристики каждого тензорезистора, а также индивидуальную температуру каждого тензорезистора при произвольномраспределении температур отдельных тензорезисторов в случае воздействия нестационарной температуры измеряемой среды.

Формула изобретения Устройство для измерения давления, включающее датчик давления, содержащий корпус, закрепленную в корпусе полупроводниковую мембрану n-типа проводимости, расположенные на мембране четыре тензорезистора, соединенные в измерительный мост, и четыре терморезистора, закрепленные соответственно на тензоре- зисторах, и контактные площадки, расположенные на мембране, а также включающее источник питания, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения в условиях воздействия нестационарных температур, в рем тензорезисторы выполнены n-типа проводимости, а терморезисторы - р-типа проводимости, при этом на мембране сформированы коммутационные участки р-типа проводимости, которыми тензорезисторы соединены с контактными площадками, причем терморезисторы соединены в дополнительный измерительный мост, диагональ которого подключена к минусу источника питания, а диагональ измерительного моста - к плюсу источника питания.

ХХХУчЧУчУч

у///////////////,

8

Риг.1

I

Датчик давления предназначен для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды. Целью изобретения является уменьшение температурной погрешности в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды за счет более точного восприятия терморезисторами температуры соответствующих тензорезисторов с раздельным учетом температуры каждого тензорезистора. Цель достигается тем, что в датчике давления, содержащем корпус, мембрану, тензорезисторный мост, сформированный на мембране из тензорезисторов 4, 5, 6, 7, и терморезисторы 8, 9, 10, 11, совмещенные с соответствующими тензорезисторами в соответствии с предлагаемым изобретением. Тензорезисторы и терморезисторы выполнены непосредственно соприкасающимися друг с другом по наибольшей поверхности и сформированы из полупроводникового материала разного типа проводимости, а тензорезисторы и терморезисторы запитываются напряжением разной полярности, причем резисторы P-проводимости запитываются напряжением отрицательной полярности, а резисторы N-проводимости - напряжением положительной полярности. Кроме того, в соответствии с изобретением, каждый терморезистор имеет только по одной контактной площадке, а общим выводом служит одна из контактных площадок тензорезисторного моста. 4 ил.

/3

13

/

(P)

8

Фиг,

(T) О