Полупроводниковый преобразователь давления Советский патент 1992 года по МПК G01L9/04 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к высокоточному измерению давления жидких или газообразных сред с помощью миниатюрных полупроводниковых преобразователей давления.

Известны полупроводниковые преобразователи давления с чувствительным элементом в виде мембраны, выполненной из полупроводникового монокристаллического материала за одно целое с опорным основанием, прикрепленным к корпусу со стороны расположенных на мембране тен- зометрических элементов. При этом контактные площадки от тензометрических элементов выведены в область опорного основания и электрически соединены тонкими гибкими проводами с жесткими токоввода- ми, укрепленными в изоляционной плате. Одна из конструктивных схем исполнения преобразователя заключается в креплении

мембраны к его корпусу по периферии опорного основания.

Недостатком такого решения являются значительные напряжения в материале корпуса (и соответственно, упругого опорного основания), вызываемые распределенной нагрузкой g и моментом т, возникающими от измеряемого давления Р. НаГфиг, 1а показана (упрощенно, без учета концентрации напряжений) эпюра напряжений ог. в поперечном сечении стенки корпуса (величина максимальных напряжений azmax тем больше, чем меньше толщина h стенки корпуса). Эти напряжения, в свою очередь, обусловливают (за счет несовершенств упругих свойств материала корпуса) величину одной из составляющих погрешности преобразователя - его порога чувствительности. Указанная погрешность оказывает заметное влияние в случае очень точных измерений, достигаемых преобразователями с полупроСО

с

VJ о

§

fo

водниковыми чувствительными элементами.

Цель изобретения заключается в повышение точности преобразователя (в уменьшении его порога чувствительности),

Для этого дополнительно к креплению опорного основания, по периферии корпуса, введена система жестких опор его (фиг. 16). Этими дополнительными опорами являются закрепленные в изоляционной плате корпуса жесткие токовводы, поддерживающие упругое опорное основание мембраны. При этом существенно снижается величина напряжения CTZmaxi благодаря чему уменьшается погрешность нечувствительности и порог чувствительности преобразователя.

На фиг. 2 показано одно из конструктивных решений.

Полупроводниковый преобразователь давления содержит кольцевую часть корпуса 1 с расположенным на ней чувствительным элементом в виде мембраны 2, выполненной из полупроводникового монокристаллического материала за одно целое с опорным основанием 3 - массивным кольцом, по своей периферии присоединенным к кольцевой части корпуса 1 преобразователя, со стороны расположенных на мембране 2 токоведущих дорожек 4 и тензометриче- ских элементов 5. Соединение опорного кольца с корпусом 1 герметизирует от измеряемой среды подмембранную полость. В изоляционной плате 6 осесимметрично закреплены несколько (например, двенадцать, шестнадцать, восемнадцать и т.д.) токовводов 7 (на фиг. 2 показаны только два из них), а также имеется канал 8 для подведения опорного давления. Жесткие токовводы 7, на которые чувствительный элемент оперт своими контактными площадками 9, образуют вторую (внутреннюю) окружность опор массивного кольца.

Работа преобразователя заключается в том, что под воздействием измеряемого давления Р деформируется мембрана 2 и поэтому изменяются параметры тензометрических элементов 5 (например, сопротивление тензорезисторов), а с помощью токоведущих дорожек 4 и токовводов 7 эти изменения параметров передаются на вторичную измерительную аппаратуру.

Таким образом, при использовании изобретения в преобразователях, имеющих мембрану, выполненную из полупроводникового монокристаллического материала за одно целое с опорным основанием и присоединенную к корпусу преобразователя со стороны расположенных на ней тензомет- рических элементов, повышается точность измерений давления за счет снижения величины напряжения в поперечном сечении

стенки корпуса.

Формула изобретения Полупроводниковый преобразователь давления, содержащий корпус с расположенным в нем чувствительным элементом в виде мембраны, выполненной из полупроводникового монокристаллического материала за одно целое с опорным основанием, присоединенным по периферии к корпусу

со стороны расположенных на мембране текзометрических элементов, и соединенную с корпусом изоляционную плату, в которой закреплены жесткие токовводы, одними концами электрически соединенные с контактными площадками тензомет- рических элементов, расположенными на опорном основании, а другими - выведенные за внешнюю поверхность изоляционной платы, отличающийся тем, что, с

це/1ью повышения точности измерения давления, в нем опорное основание мембраны через контактные площадки оперто на торцы жестких токовводов и скреплено с ними.

I I I 1 1

I I I I 1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению давления жидких или газообразных сред с помощью миниатюрных полупроводниковых датчиков давления. Цель изобретения - повышение точности измерения. Для этого в полупроводниковом преобразователе давления, содержащем корпус 1, мембрану 2, выполненную из полупроводникового монокристаллического материала за одно целое с опорным основанием 3, присоединенным по периферии к кольцевой части корпуса, изоляционную плату 6, в которой закреплены жесткие токовводы 7. Последние скреплены с контактными площадками 9 по внутренней окружности опорного основания 3 и дополнительно выполняют роль его опор.

czzzj

1

т

6,

ггпзх

J, JL

mz

-ШЈ-,

bgrrffffl

5

Фиг.1

г s

%

Фиг. Z