Тензопреобразователь

1073560 5055 1Изобретение относится к измерительной технике, а именно, к тензопреобразователям для измерения деформации.Известен тензопреобразователь, содержащий упругий элемент с размещенными на нем диффузионными тензорезисторами и калибровочными резисторами, включенными в мостовую, схему, с окнами для омических контактов в последних 1.Недостатком данного тензопреобразователя является низкая точность преобразования, что связано с температурной нестабильностью балансировки моста из-за того, что при включении более двух соседних калибровочных резисторов в мостовую схему в зоне прохождения электрического тока оказывается нерабочая приконтактная область. Указанная область представляет собой параллельное соединение сопротивлений перехода кремний-металл и диффузионного слоя, прилегающего к металлическому контакту. Общее сопротивление приконтактной области имеет иную, чем у тензорезисторов, температурную зависимость, что при из. менении температуры приводит к нарушению баланса моста и появлению погрешностей в результате измерения. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является тензопреобразователь, содержащий упругую мембрану с размещенными на ней диффузионными тензорезисторами и калибровочными резисторами, включенными в мостовую схему, причем калибровочные резисторы выполнены с приливами и окнами под металлизацию в последних 2,Недостатком известного тензопреобразователя является сравнительно низкая точность преобразования, что связано с искривлением линий прохождения электрического тока через калибровочный резистор из-за бокового расположения по отношению к последнему омического контакта, в связи с чем затрудняется настройка тензопреобразователя по начальному выходному сигналу, связанная с низкой точностью получения номинальной величины сопротивления калибровочного резистора, топологический расчет которого проводится по номограм. мам, а также возникает температурная погрешность начального выходного сигнала, поскольку калибровочный резистор в этом случае является сопротивлением растекания (стягивания), температурная зависимость которого отличается от такой же зависимости для тензорезисторов по причине перераспределения плотности линий прохождения электрического тока.Цель изобретения - повышение точности преобразования.Указанная цель достигается тем, что тензопреобразователь, содержащий упрутую мембрану с размещенными на ней диффузионными тензорезисторами и калибровочными резисторами, включенными в мостовую 2схему, причем калибровочные резисторы выполнены с приливами и окнами под металлизацию в последних, снабжен, по крайней мере одним высоколегированным диффузионным слоем с приливами и окнами под металлизацию в последних, размещенным между мембраной и калибровочными резисторами, а приливы калибровочных резисторов расположены поверх приливов высоко- легированного слоя и повторяют их форму.На фиг. 1 показан тензопреобразователь, вид сверху; на фиг. 2 - сечение тензопреобразователя в зоне дополнительного слоя, вдоль его; на фиг. 3 - то же, поперек этого слоя; на фиг, 4 - принципиальная схема тензопреобразователя,Тензопреобразователь содержит упругую мембрану 1 с размещенными на ней диффузионными тензорезистора ми 2 - 5 и калибровочными резисторами 6 - 9 и 1 О - 13. Материалом для изготовления упругой мембраны может служить, например, кремний марки КЗФс концентрацией исходной примеси около 10 атом/см . Тензорезисторы 2 - 5 и калибровочные резисторы 6 - 9 и 10 ввыполнены из одного материала с концентрацией исходной примеси (1 - 3)10 атом/см , которая выбрана из условия обеспечения минимального изменения сопротивления и чувствительности тензорезисторов от воздействия окружающей температуры. Калибровочные резисторы 6 - 9 и 10 - 13 соединены каждая группа последовательно с высоколегированными диффузионными слоями 14 и 15 с приливами 16, размещенными по обе стороны от каждого резистора, Высоколегированные слои 14 и 15 и приливы 16 выполнены из того же материала, что и тензорезисторы и калиб ровочные резисторы, но с повышенной концентрацией примеси (2 - 5) 10 атом/смз, В приливах 16 выполнены окна 7 под контакт металлизации с материалом высоко- легированных слоев 14 и 15. Через окна 17 приливы 16 у каждого резистора соединены между собой металлизированными перемычками 18 - 20 и 21 - 23, которые изолированы от материала высоколегированных слоев 14 и 15 защитным слоем 24, например, из двуокиси кремния. Перемычки 18, 19 и 20 соединены между собой металлизированной полоской 25, а перемычки 21, 22 и 23 металлизированной полоской 26. 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 Тензопреобразователь настраивают путем перерезания, металлизированных перемычек 18 - 23 и подключения в то или иное плечо мостовой схемы необходимого числа калибровочных резисторов 6 - 13. В случае подключения двух соседних калибровочных резисторов (например, 6 и 7 на фиг. 2) к величине сопротивлений калибровочных резисторов добавляется сопротивление высоколегированного слоя 14 или 15, имеющее величину около 1 Ом, которое необходимо учитывать при балансировке моста по на073560 1 д 17 Щ г 14 15 Фиг. Сурк Составитель С Техред И. Верес Тираж 587 И Государственного делам изобретений осква, Ж - 35, Рау Патент, г. УжгоРедактор К. ВолощукЗаказ 11797(37ВНИИпо13035,филиал ПП 1зчальному выходному сигналу и которое опре деляется по формулег=где 1 - ширина высоколегированного слоя14 или 15;Ф - ширина одного из калибровочныхрезисторов 6 - 13;) - удельное поверхностное сопротивление высоколегированного слоя 14 или 15.Так как указанное сопротивление высоко- легированного слоя 14 или 15 из-за высокого содержания примеси имеет высокую термостабильность, оно не оказывает негативного влияния на температурную погрешность начального выходного сигнала тензопреобразователя. Кроме того, перераспределение плотности линий прохождения электрического тока через калибровочные резисторы 6 - 13 при изменении температуры 4незначительно, а, отсюда, также незначительно его влияние на изменение начального выходного сигнала. Таким образом, в целом, температурная погрешность будет невелика.Тензопреобразователь работает следующим образом,При приложении усилия к упругой мембране 1 последняя деформируется, вместе с ней деформируются и тензорезисторы 2 - 5, 10 баланс моста нарушается и на его выходепоявляется сигнал, регистрируемый вторичным измерительным прибором (не показан).Применение изобретения позволяет повысить точность измерений за счет повышения точности настройки преобразователя по начальному выходному сигналу, снижения его температурной погрешности и упрощения топологии калибровочных резисторов. Корректор А. ФеренцПодписноекомитета СССРи открытийская наб., д. 4/5од, ул. Проектная, 4