Датчик давления Советский патент 1993 года по МПК G01B7/18 

i Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению дефор- материала, изготавливаемого методами микроэлектронной технологии, в качестве унифицированного преобразователя деформации в электрический сигнал.

Цель изобретения - расширение диапазона измерения о сторону малых перемеще- HIJIU и повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что дг тчих дазления, содержащий мембрану из электропроводного кремния с опорным основанием и контактной площадкой и соединенный с ней токовывод, снабжен рг змещенным на опорном основании мембраны изоляционным слоем, медной пластиной, закрепленной на изоляционном

слое, закрепленным на пластине своими концами пьезоэлементом, выполненным 8 виде прямоугольного параллелепипеда, двумя токовыводами, соединенными с соответствующими концами пьезозлемента, и закрепленной в средней части пьезоэлемента обращенной о сторону мембраны металлической иглой с токовыводом.

На фиг.1 представлена структурная схема датчика давления; на фиг,2 - электрическая схема датчика давления.

Датчик давления содержит мембрану 1, изготовленную из монокристалла кремния одного типа проводимости, льезозлемента е форме параллелепипеда 2 с закрепленной на нем по механической оси Y металлической иглой 3. Пьезозлемент 2 крепится сво« &

Сл 00 XI СЛ

Ьь

со

ими концами на медной пластине 4, закрепленной на изоляционном слое 5. По электрической оси X пьезоэлемента 2 нанесены контактные площадки 6 с токовыводами 7. На мембрану 1 нанесена контактная площадка 8 с токовыводом 9, а к металлической игле 3 подключен токовывод 10.

Датчик давления работает следующим образом (фиг.2). В исходном состоянии конец металлической иглы 3, обращенный в сторону мембраны устанавливается на малом расстоянии (от единиц до сотен ангстрем) от кремниевой мембраны 1. Если теперь приложить напряжение порядка 1000 В от управляемого источника напряжения 11 по электрической оси пьезоэлемента 2, игла 3 переместится по механической оси Y в направлении мембраны 1 на расстояние, необходимое для возникновения туннельного тока, возникающего между иглой 3 и мембраной 1 по токовыводам 9 и 10 от источника опорного напряжения 12.

Таким образом; регулировкой высокого напряжения от источника 11 можно выбрать начальное значение туннельного тока. При воздействии каких-либо внешних факторов кремниевая мембрана 1 будет деформироваться в направлении иглы 3. Туннельный ток, протекающий через нагрузку 13, усиливается усилителем 14 и через цепь 1.5 обратной связи управляет напряжением источника 11, устанавливая прежнее значение туннельного тока за счет изменения расстояния между мембраной 1 и иглой 3.

Изменение напряжения управляемого источника напряжения 11 соответствует перемещению мембраны 1. Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемый

датчик обладает новыми свойствами: уменьшает нижнюю границу измеряемых деформаций на порядок и ниже (до единиц ангстрем), т.е. повышает чувствительность за счет эффекта туннельного тока; повышает точность измерения за счет линейности шкалы, так как малым перемещениям мембраны (единицы-десятки ангстрем)соответ- ствует значительное изменение напряжения, приложенного к пьезоэлементу (десятки-сотни вольт).

Формула изо-6 ретения Датчик давления, содержащий мембрану из электропроводного кремния с опорным основанием и контактной площадкой и

соединенный с ней токовывод, отличаю- щ и и с-я тем, что, с целью расширения диапазона измерения в сторону малых давлений,, он снабжен размещенным на опорном основании мембраны изоляционным

слоем, медной пластиной, закрепленной на изоляционном слое, закрепленным на пластине своими концами пьезоэлементом, вы- полненным в виде прямоугольного параллелепипеда, двумя токовыводами. соединенными с соответствующими концами пьезоэлемента, и закрепленной в средней части пьезоэлемента обращенной в сторону мембраны металлической иглой с токовыво- дом.

fS

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерениям деформации материала. Цель изобретения ра ну Ч( ак сширение диапазона измерения в сторомалых давлений. Устройство предназнэIHO для применения в качестве злизатора состава газов, сверхчувствительного микрофона, датчика давления, силы, линейного,ускорения, температуры и других подобных устройств в качестве унифицированного преобразователя деформации кремниевой мембраны п электрический сигнал. Измерение с высокой точностью малых перемещений (от единиц до сотен ангстрем) достигается за счет эффекта туннельного тока, возникающего между металлической иглой, расположенной на пье- зоэлементе, и кремниевой мембраной.при малых расстояниях между ними. Подачей высокого напряжения на электрическую ось X пьезоэлемента можно регулировать расстояние между острием мглы, расположенной на механической оси Y пьезозлемента, и кремниевой мембраной по величине туннельного тока. 2 ил.

pv&2