Полупроводниковый датчик давления Советский патент 1980 года по МПК G01L9/04 

1

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения давления.

Из:вестны датчики давления, содержащие в качестве упругого элемента консоль равного сопротивления со сквозным отверстием прямоугольной формы. На консоли закреплены тензорезисторы i.

Известны датчики давления, содер жап(ие упругий элемент в виде консоли из полупроводникового материала с тензорезисторами, расположенными над концентраторами напряжений, выполненными в виде рисок 2.

Недостаток этого датчика - недоста точная чувствительность к измеряемому давлению.

Целью изобретения яаляется повышение чувствительности датчика.

Указанная цель достигается тем, что в полупроводниковом датчике давления, содержащем корпус с размещенны ми в нем мембраной, концентратором и тензочувствительным узлом, расположенными по разные стороны основания консольного упругого элемента, упругий элемент, расположенный в плоскости, параллельной плоскости заделки мембраны, выполнен в виде, по меньшей

мере, двух консолей, каждая из которых содержит концентратор, в виде риски, вершина которой направлена к тензометрическому узлу.

На фиг. 1 показано внутреннее устройство полупроводникового датчика давления, состоящего из корпуса 1, упругой металлической мембраны 2, соединенной с корпусом посредством сварки по периметру, прижимного кольца 3, электрических выводов 4, проведенных через корпус датчика при помощи стеклоизоляторов 5. Датчик герметизирует::я при помощи крышки 6, соединенной г корпусом-посредством сварки по периметру. Электрические выводы 4, посредством сварки соединяются золотой проволокой 7 с тензочувствительными узлами 8.

В корпусе крепится упругий элемент 9 с клиновидными концентраторами 10.

Полупроводниковый датчик давления, снабженный для удобства крепления резьбой 11, показан на фиг. 2. В корпусе 1 клеем 12 крепятся упругий элемент и прижимное кольцо. В корпусе выполнены . отверстия 13, которые в процессе сборки закрываются кольцом 14, соединенным с корпусом сваркой по периметру.

Упругий элемент 9 (фиг. 3) сформирован из кремниевой пластины п - типа селективным травлением с диаметрально расположенными консолями 15 и внутренними вырезами 16, на консолях с одной стороны размещены концентратор 10, а с противоположной (фиг. 4) - тензочувствительные узлы (диоды Шоттки) 8 с токоведущими дорожками 17 и контактными площадками 18.

Полупроводниковый датчик давления работает следующим образом.

Давление с упругой мембраны 2 посредством жесткой вершины передается на свободные конхда консолей 15. При этом в области концентраторов 10 возникают механические напряжения где F - сила, действукщая на свобод

ные концы консолей; Р - длина консолей, h - толщина консолей в месте концентраторов..

Так как длина консолей Е на несколько порядков превышает толщину h консолей в месте концентраторов, то даже очень малые давления на мембрану вызывают значительные механические напряжения в области концентраторов и соответственно в области тензочувствительных узлов (диодов Шоттки), которые преобразуют эти механические напряжения в электрический сигнал, пропорциональный внешнему давлению, действующему на мембрану.

Увеличение глубины концентраторов уменьшает толщину консолей в области тензочувствительных узлов (диодов

/

Шоттки) и тем самым без изменения конструкции упругого элемента и топологии размещения тензочувствительных узлов и прочего позволяет достичь сколько угодно больших механических напряжений, что, в свою очередь, увеличивает чувствительность датчика.

Предложенный датчик может найти широкое применение в области измерения малых давлений жидкостей и газов, а также в качестве измерительного преобразователя расходов.

Формула изобретения

Полупроводниковый датчик давления, 5 содержащий корпус с размещенными в нем мембраной, концентратором напряжений и тензочувствительным узлом, расположенными по разные стороны основания консального упругого элемен0 та, отличающийся тем,

что, с целью повышения чувствительности упругий элемент, расположен в плоскости, параллельной плоскости за. делки мембраны, и выполнен в виде, по меньшей мере, двух консолей, взаимодействующих с центром мембраны, каждая из которых содержит концентратор в виде риски, вершина которой направлена к тензометрическому узлу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

W 395737, кл. G 01 L 9/04, 1971. .

2.Патент США № 3327525, кл. 73-88,5, 1964 (прототип). Ж,,-,™,. N ir7y/ /X/X y /