Датчик давления Советский патент 1982 года по МПК G01L9/04 G01L1/22 

(54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения механических напряжений в статических и динамических режимах.

Известны преобразователи давления, содержащие мембрану и две пары пленочных тенэорезистороё прямоугольной формы, напыленные на мембрану. При воздействии давления мембрана деформируется, в результате чего первая пара тензорезисторов испытывает напряжени5р растяжения, а вторая пара - напряжения сжатия 1.

Недостатками таких первичных преобразователей являются неодинаковая чувствительность резистивных эяементов, так как резисторы расположены на поверхности мембраны в зонах максимальных напряжений растяжения i сжатия (в том числе и наведенных),, то не позволяет изготовить на их основе первичные преобразователи с идентичными параметрами и высокой точностью измерения давления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является первичный преобразовате.ль, содержащий кремниевую мембра.ну и расположенные на ее поверхности у точек пересечения центральных осевых линий мембраны с линией ее контура на одинаковом расстоянии и симметрично друг относительно друга восемь тензорезисторов, соединенных в две измерительные мостовые схемы 2.

Однако устройство характеризуется недостаточно высокой точностью в основном из-за существенных разли10чий в тензочувствительности резисторов мостовых схем, подвергающихся деформации растяжения и сжатия.

Цель изобретения - повышение точ15ности.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике давления четыре основных тензорезистора расположены под углом сС 28-32° к линии контура мем20браны на лучах, проведенных из точек пересечения осевых линий мембраны и ее контура, и лежат по одну сторону этих линий, четыре других основных тензорезистора расположены по другую

25 сторону центральных осевых линий и ориентированы перпендикулярно к линиям контура, при этом подгоночные тензорезисторы расположены симметрично относительно осей мембраны

30 основным тензорезисторам.

На чертеже представлен датчик давления , содержащий кремниевую мембрану 1, ориентированную в плоскости |5, на поверхности которой сформированы тензочувствительныа резисторы, соединенные между собой в две мостовые схемы. Два противоположных плеча каждой из двух мостовых схем состоят соответственно из основных тензорезисторов 2,3 и 4,5 и подгоночных 6,7 и 8,9 тензорезисторов, подвергающихся сложным деформациям (растяжениям и, частично, сжатиям),а два других плеча - из основных тензорезисторов 10,11 и 12,13 и подгоночных тензорезисторов 14,15, и 16,17, подвергающихся деформациям сжатия. На поверхности мембраны сформированы методом,вакуумного напыления контактные площадки 18-21 для подключения источников питания, контактные плоададки 22-25 для снятия выходных сигналов с каждой мостовой схемы, пленочные полоски 26 для коммутации подгоночных резисторов и пленбчные токоведущие дорожки 27.По контуру мембраны 28, у точек 29-32 перееечения центральных осевых линий 33-34 мембраньа с контуром мембраны расположены тензорезисторы каждой из двух мостовых схем.

Датчик работает следующим образом

Подгонка в номинал ензорезисторов и начальная балансировка Кс1жяой из двух мостовых схем производится путем последовательного перерезания (с|фаа биров анием э л ектроэррозион ным, лазерным и т.п. методами) пАеночних полосок 26, напыленных на подгоночные тензорезисторы 6и 7, 8и 9, 14 и 15, 16 и 17.

Напряжение питания на каждую из двух мостовых схем подается к двум противоположным углам моста через контактные площадки соответственнчэ 18,19 и 20,21. Мехайические напряжения (деформации) , возникающие под действием давления в мембране 1/ вызывают в основных 2,3 и 4,5 и подгоночных 6,7 и 8,9 тензорезисторах сложную деформацию (растяжения и, частично,сжатия за счет углового размещения этих резисторов на поверхности мембраны), в результате чего величины их сопротивлений уменьшаются, в основных тензорезисторах 10,11

и 12,13 и подгоночных 14, 15 и 16,17 возникают деформации сжатия,в результате чего величины их сопротивлений увеличиваются.При воздействии на мембрану давления относительные изменеНИН сопротивлений тензорезисторов

каждого из двух противоположных плеч мостовых схем первичного преобразователя равны по величине и противоположны по знаку.Изменение сопротивлеНИИ тензорезисторов,вызванное деформацией, преобразуется в изменение злектрического напряжения,которое снимается соответственно для каждой из двух мостовых схем с контактных площадок 22,23 и 24,25.

Таким образом изменения выходного напряжения, вызванные температурным влиянием, взаимно исключаются, повыиая тем самым точность предлагаемого устройства.

Формула изобретения Датчик давления, содержащий кр«гмниевую мембрану и расположенные на .ее поверхности у точек пересечения центральных осевых линий мембраны с линией ее контура на одинаковом расстоянии и симмстри 1но друг относительно друга восемь основных и восемь подгоночных тензорезисто|юв, соединенных в две измегдательные мсютовые схемы, отличающийся тем, что, с Iцелью.повышения точности,

в нем четыре основных тензорезистора расположены под углом оС-28-32 к линии контура мембраны на лучах,проведенных из точек пересечения осевых линий мембраны и ее контура, и лежат по сторону этик линий,

т|етыре других основных тензорезистора расположены по другую сторону центральных осевых линий и ориентированы перпендикулярно к линиям контура, при этом подгоночные тензорезисторы расположены симметрично относительно осей мембраны основным тензорезис торам,.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2. Шадрин B.C. и др. Новые приборы . М., 1975, 2, с. 185 (прототип).