Датчик давления Советский патент 1979 года по МПК G01L9/04 

Изобретение относится к области измеритель ной техники, а точнее к измерению давлений жидких и тазообразных сред. Известны датчики давления с мембранной коробкой, образованной соединенными между собой монокристаллическими пластинами, одна из которых имеет углубление, образующее внутреннюю полость коробки. На наружной поверхности мембраны расположены тензорезис торы. Коробка соединена с подложкой {. Недостаток известных датчиков связан со значительной температурной погрешностью за счет различия козффицнентов линейных расширений материалов коробки и подложки. Известен также датчик, у которого аналогичная по конструкции мембранная коробка закреплена на корпусе с помощью стойки, имеющей в месте соединения с мембранной .коробко меньшие размеры пластин, образующих последнюю. При этом ось, иаправленная в сторону вы ступающей, за опору части, перпендикулярна плоскости соединения пластин, образующих мем бранную коробку 2. У этого датчика, благодаря удалению мембранной корюбки от корпуса и уменьшению площади контакта стойки с мембранной коробкой, напряжения, возникающие в последней от монтажа датчика, значительно меньше по сравнению с напряжениями, в предыдущем датчике. Температурная погрешность еще сравнительно велика, так как площадь контакта имеет конечные размеры, а материалы мембранной коробки и стойки по-прежнему различны. Целью изобретения является повышшие точности измерения за счет уменьшения температурной пог15ещности датчика. Указанная цель достигается тем, что в известном датчике, содержащем консольно закрепленную в корпусе мембранную коробку, образованную соединенными между собой монокристаллическими пластинами, и тензорезисторы, расположенные на наружной поверхности коробгеи, мембранная коробка выполнена в виде балки и закреплена, по крайней мере, по одной из граней образующих ее пластин. На фиг. 1 изображена принципиальная схема датчика с одномембранной коробкой для нзмерения абсолютного давления; на фиг. 2 - принципиальная схема датчика с двухмембранной коробкой для измерения избыточного давления или разности двух давле1гай. Дагшк для измерения абсолютного давления состоит из корпуса, включающего в себя керамическую подложку 1 и соединенный с ней {металлический кожух 2, мембрадшой коробки в виде балки, образованной кремниевыми мо-. некристаллическими п-типа проводимости пластинами 3 и 4, ориентировагшыми по кристаллографической плоскости Ш0| и операционных уси лителей 5 и 6. В пластине 3 имеется углубление полугюннос С ПОМОЩЬЮ анизотропного травления Пластины соединены в вакууме, и в образовавшейся полости 7 абсолютное давление состав ляет 10 -10 мм рт, ст. На наружной поверхности мембраны сформированы диффузионные тензорезисторы 8, которые с помощью напыленных токопроводов 9 и проволочных токопроводов 10 соединены с операционными усилителям элементами настройки электрической схемы, сформированными на подложке 1, и с электровыводами 1. Мембранная коробка через промежугочнута пластину 12 коисольно закреплена на подложке 1. Через патрубок 13 в пространство, образованное подложкой 1 и кожухом 2, подается измеряемое давление Р. При изменешга давления Р происходит деформация мембрш1ы, которая с помощью тензорезисторов преобразуется в электрический сигнал. С помощью электрической схемы и онерационнь1х усилителей сигнал преобразуется в удобную для дальнейшего его использования форму. Датчик для измерения избыточного давления или разности двух давлений (см. фиг. 2) состоит из корпуса, включающего металлическое, например из ковара, основание 1 и соединенны с металлический кожух 2, мембранной коробки в виде балки, образова1шой кремниевыми монокристаллическими п-типа проводимости пластинами 3 и 4, ориентированнь:ми по кристаллографической плоскости lOO и операционных усилителей 5 и 6. В пластинах 3 и 4 имеются углубления, которые носле соединения пластин образуют внутреннюю полосй, 7 мембранной коробки. На наружной поверхности мембран сформированы диффузнонш 1е тензорезисторы 8, которые с помощью напьшенных токопроводов 9 и проВЛОЧ0ЫН токопроводов 10 соединены с другими элементами электрической схемы и электровыводами 11. Мембранная коробка консольно закреплена в центральном отверстии основания 1. Через канал 14 в одной из пластин ее внутренняя полость соединена с окружающим пространством, давление в котором имеет значение Р. Через патрубок 13 в пространство, образованное основанием 1 и кожухом 2, подается давление Р Операционные усилители 5 и 6 укреплены на керамических подложках 15, на которых сформированы элементы настройки электрической схемы, а подложки, в свою очередь, укреплены на кронштейнах 16, соединенных с основанием 1. Наружные и внутгренние поверхности пластин и канал сформированы при помощи анизотропного травления, которое позволяет с большой точностью выдерживать необходимые размеры. Центральное отверстие в основании по форме повторяет поперечное сечение, балки и изготовлено с помощью протяжки При изменении разности давлений Р и Р происходит деформация мембран, преобразуемая с помощью транзисторов в электрический сигнал. Использование изобретения позволит повысить тошость измерения за счет уменьшения температурной погрешности, обусловленной различием коэффициентов линейного расширения материалов чувствительного элемента н подложки. Использование изобретения предусматривает использование широко известных в гшанарной технологии процессов. Формула изобретения Датчик давления, содержащий консольно закрепленную в корпусе мембранную коробку, образованную соединенш 1ми между собой монокристаллическими пластинами, н тензорезисторы, расположенные на наружной поверхности коробки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет уменьшения температурной погрешности датчика, мембранная коробка выполнена в виде балки и закреплена, по крайней мере, по одной из граней образующих ее пластин. Источники информаищ, принятые во внимание при экспертизе Зайес, Хэар. Интегральный датчик давления. Журнал Электроника № 25, 1972. 2. IEEE Transactions on Electron Devices vol ED-16, N 10, 1969 (прототип).

CM

|

Y777777///.