ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МАТРИЧНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ Советский патент 1994 года по МПК G01L9/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления при аэроакустических испытаниях авиационной техники.

Целью изобретения является снижение себестоимости, повышение эксплуатационной надежности датчика.

На чертеже изображена конструкция датчика и его отдельные элементы.

Датчик имеет тонкопленочную подложку 1, экран 2, общий электрод 3, токосъемные электропроводящие выводы 4, 5 (разрез А-А на фиг. 1а), чувствительный слой 6, электроды 7 (разрез Б-Б на фиг. 1б) и защитный слой 8 (разрез В-В на фиг. 1в).

На подложку 1 методом термического испарения через маски нанесены экран 2, электрод 3 и вывод 4. Затем методом полива или термического испарения в вакууме на поверхность электрода 3 нанесен чувствительный слой 6, выполненный из пьезоэлектрического материала - гуанидина азотнокислого. С помощью второй маски на поверхности чувствительного слоя образованы электроды 7 с выводами 5 (см. фиг. 1б и разрез Г-Г на фиг. 1г), которые переходят на поверхность подложки 1. Экран 2 обеспечивает защиту датчика от воздействия внешних электромагнитных помех. При необходимости верхний слой датчика защищается от внешних воздействий тонким слоем лака или полиимидной пленки. Чувствительные элементы датчика образуются в области пересечения электродов. Общий вывод 4 смещен относительно выводов 5 и находится в одной плоскости. Форма чувствительного элемента (прямоугольная, квадратная, круглая и т. п. ) выбирается в зависимости от конкретных условий эксперимента.

Датчик работает следующим образом.

Датчик воспринимает давление, действующее со стороны защитного слоя. Измерение воздействующего на воспринимающую поверхность датчика давления на величину ΔР приводит к деформации пьезоэлектрического чувствительного элемента 6 (в данном случае к изменению толщины чувствительного слоя на величину Δl). При изменении толщины пьезоэлектрического слоя происходит поляризация последнего в нормальном направлении (по толщине слоя). Следовательно, при изменении воздействующего на датчик давления происходит образование связанного заряда на поверхностях чувствительного пьезоэлектрического слоя.

Так как верхний 7 и соответствующая часть нижнего электрода 3 с расположенным между ними пьезоэлектриком образуют конденсат (на нижнем рисунке выделен красным цветом), соответствующее количество электричества заряжает конденсатор до напряжения ΔU. Напряжение ΔU снимается с выводов 5 электрода 7 и с вывода 4 общего электрода 3. По величине напряжения ΔU судят о величине давления ΔР.

Применение изобретения позволяет проводить эксперименты в аэродинамических установках, в акустических и реверберационных камерах при измерении пульсаций давления в звуковом диапазоне и позволяет повысить технико-экономическую эффективность экспериментов. (56) Авторское свидетельство СССР N 1448853, кл. G 01 L 9/08, 1986.

Изобретение позволяет повысить надежность и снизить стоимость тонкопленочных датчиков давления, работающих в аэродинамических установках, акустических и реверберационных камерах. Надежность датчика повышается за счет увеличения модуля упругости полиимидной подложки и применения общего защитного экрана 2. Для получения "недеформируемой" подложки 1 материал подложки подвергают механической и термической обработке (термовытяжка). Экономическая эффективность повышается за счет сокращения расхода пьезоэлектрического материала. Чувствительный диэлектрический слой выполнен из пьезоэлектрического материала - гуанидина азотнокислого, что повышает также чувствительность датчика. 1 ил.

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МАТРИЧНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий подложку, выполненную из полиимидной пленки, на которую нанесен общий металлизированный экран со своим выводом, расположенный с зазором вокруг общего металлизированного электрода и его вывода, причем на общий металлизированный электрод и в зазоры между ним и первым металлизированным экраном нанесен слой пьезоэлектрического материала, а на нем сформированы отдельные металлизированные электроды с соответствующими первыми частями выводов, при этом с зазором вокруг отдельных металлизированных электродов и их выводов расположен второй металлизированный экран, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и уменьшения себестоимости, в нем второй металлизированный экран нанесен на первый и на подложку с зазором от второй части выводов от соответствующих отдельных металлизированных электродов, причем вторая часть упомянутых выводов сформирована на подложке и соединена с первой частью, а подложка выполнена толщиной в 20 - 40 раз больше толщины пьезоэлектрического материала и с модулем упругости большим, чем модуль упругости пьезоэлектрического материала, при этом в качестве пьезоэлектрического материала использован гуанидин азотно-кислый.