Интегральный полупроводниковый преобразователь давления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИН 10 7 Е 19) 01 1. 9/04 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ САНИ Е ИЗОБРЕТЕНВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1. Патент США У 55134319.05.70.2. Поливанов П. П. Кремнный чувствительный элементравой" . - "Приборы и системьУ 7, 1979, с. 30-31 (прототип гий элемент с утолщенной частьюными на нем чувствительными элеконцентраторами, о т л и ч а ютем, что, с целью уменьшения разобразователя и расширения диапаэорений, в нем мембранный упругийприкреплен к основанию боковойпостыл, а концентраторы выполненлокальных углублений в утолщеннупругого элемента, причем их длин щен и размментащиймеровна измэлеме ми ис я прев, Ю. М. Спаповерх)в видй части равления"- расстояние мента до у - расстояние мента до(54) (57) ИНТЕГРАЛЬНЬ 1 Й ПОКОВЬ 1 Й ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬсодержащий основание и прикнему монокристаллический ме мбранны уш Н АВТОРСКО О, кл. С 01 0 1/2 иевый мембране двойной опот оси упругого эле. онцентратора;от оси упругого элечувствительного элемента; вительного элемента.10 б 8748Изобретение относится к контрольно. измерительной технике и может быть использовано для измерения различных физических вели.чин, например давлений в широком диапазоне температур. 5Известны датчики давления, содержащиекорпус, в котором установлен упругий элемент из поликристаллического кремния - ма.териала с близкими к кремниевому монокрис.таллическому упругому элементу свойства- Омн 11.Недостаток устройства заключается в ограниченной возможности выполнить из этого материала деталь сложной формы и соединитьобразованный упругий элемент с прочими элементами конструкции преобразователя. Кроме того, температурный диапазон работыпреобразователя ограничен,Наиболее близким к изобретению по технической сущности является полупроводниковый 20мембранный преобразователь, в котором упругий элемент закреплен в корпусе, а на мемб.ране расположены чувствительные элементы,Мембрана обрамлена внешней н внутреннейоправами, Закрепление мембраны осуществляется по плоскости или с помощью эпоксидного компаунда, или герметика 12),Недостатком известного устройства являетФся большой размер преобразователя, поскольку отношение полезно используемой для пре ЗО , образования площади упругого элемента ко всей его площади имеет незначительную велищщу, Кроме того, в кольцевом концентраторе между оправами суммируются местные на. пряження, создаваемые закреплением внеш ней оправы к основанию, с напряжениями, создаваемыми измеряемой величиной - давлением, Так как площадь, ограниченная кольцевым концентратором и включащая в себя его площадь, больше площади мембраны, то 40 при равенстве толщин дна кольцевого концентратора и мембраны верхний предел из. меряемого давления будет снижен во столько раз, во сколько максимальные напряжения в кольцевом концентраторе больше соответствующих напряжений в мембране,частью и размещенными на нем чувствнтель. ными элементами и концентраторами, мемб. ранный упГугий элемент прикреплен к осно. ванию боковой поверхностью, а концентрато. ры выполнены в виде локальных углублений в утолщенной части упругого элемента, при. чем их длина где 1 - расстояние от оси упругого элемента до концентратора;г - расстояние от оси упругого элемента до чувствительного элемента;- длина чувствительного элемента.На фиг. 1 изображен преобразователь давления, разрез; на фиг. 2 - то же, план;на фиг. 3 - распределение напряжений в упругом элементе.Преобразователь. давления содержит мембран. ф ный упругий элемент 1, прикрепленный к основанию 2 боковой поверхностью через слой материала. 3, чувствительные элементы 4, пре. образующие деформацию в электрический сигнал, н расположенные на нем концентраторы 5 в виде локальных углублений. Таким образом, каждый чувствительный элемент 4 локально отделен от мест прикрепления упругого элемента 1 к основанию 2 концентраторами 5, выполненными в утолщенной части упругого элемента. Такая конструкция позво. ляет перераспределить передаваемые напряжения от основания 2 к упругому элементу 1 и создать в местах расположения чувствитель- ных элементов 4 недеформируемую закреплением зону б. Характер напряженного состо. яния упругого элемента, закрепленного боковой поверхностью в основании из материала, отличающегося коэффициентом линейного рас. ширения, качественно совпадает с характером напряженного состояния нормального сечения кругового цилиндра, нагруженного равномер. ным давлением по контуру, Работа преобразователя происходит следую.щим образом. Давление, действующее на упругий элемент,вызывает изменение сопротивления чувстви. тельных элементов, которые выдают сигналЦель изобретения - уменьшение размеров преобразователя и расширение диапазона измерений. 50Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе, содержащем основание и прикрепленный к нему монокристаллический мембранный упругий элемент с утолщенной об измеряемом давлении. Таким образом, в мембранном упругом элементе преобразователя создается недеформированная область в местах расположениячувствительных элементов от температурной деформации основания, что позволяет уменьшить размеры преобразователя и расширитьдиапазон его измерений.