Датчик давления

СОЮЗ СО 8 ЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХРЕСПУБЛИН 1)5 С 01 1. 11/О ССУД АРСТВ ПО ИЗОБРЕТЕ ПРИ ГКНТ С НЫИ КОМИТЕТИЯМ И ОТНРЫТИЯМ Т 24-10 21) 22) 46( 4603370/ ( 09. 11,88 ( ) 07, 10.90. Б (71) Казанский а им.А.Н.Туполева (72) А.А.Габдеев А.Т.Магсумова и (53) 531.787 (08 (56) Авторское с В 742734, кл, С юл, В 37виационный институт Пор уно дыкова А Г.И 8,8) виде 01 1. льство СССР 1/00, 1978. 4) ДАТЧИК ДАВЛЕНИ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕ А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относится к устройствам для измерения статических и динамических давлений газообразных сред с помощью датчиков, использующих поверхностные акустические волны (ПАВ). Цель изобретения - повышение надежности и технологичности датчи-, ка и уменьшение температурной погрешности. Датчик давления на ПАВ со держит кремниевую мембрану 1, накоторой расположен диффузионныйреэистивный нагреватель 2, на нагреватель ненесен слой 3 двуокиси кремния, на котором расположена поверхностно-акустическая волновая структура, включающая в себя излучающий 4 иприемный 5 .электроды, на которые нанесен слой пьезоэлектрика (окиси цинка), электроды ПАВ в структу соединен с усилителем 7 и образуют вместеавтогенератор. Резистивный нагреватель 2 имеет контактные площадки 8.Измеряемое давление подается в полость 9 через отверстие 10Изменения теплопроводности, обусловленныеизмеряемым давлением газа, приводятк изменению температуры мембраны 1и в силу температурной зависимостивремени задержки ПАВ изменяетсявыходная частрта автогенератора.1 з.п. ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к устройствам для измерения статических идинамических давлений газообразныхсред с помощью датчиков исполь: ую 15щих поверхностные акустические волны(ПАВ).Цель изобретения - повышение надежности и технологичности датчика,а также уменьшение температурной погрешности.На фиг,1 изображен датчик давления,изометрия; на фиг.2 - то же, продольный разрез,Датчик давления на ПАВ содержиткремниевую мембрану 1, на которойрасположен диффузионный резистивныйнагреватель 2, на нагреватель нанесен слой 3 двуокиси кремния, на котором расположена поверхностно-акустическая структура, включающая в себяизлучающий 4 и приемный 5 электроды,на которые нанесен слой б пьезоэлектрика, электроды ПАВ-структуры соединены с усилителем 7 и образуют с ним 25автогенератор. Резистивный нагреватель 2 имеет контактные площадки 8 .Измеряемое давление подается в полость 9 через входное отверстие 10,Датчик работает следующим обра- ЗОзом.При отсутствии изменения измеряемого давления в полости 9, образованной мембраной 1 и фланцем датчикадавления, мембрана 1 остается в исход-З 5ном состоянии, частота автогенераторанеизменна и определяется топологиейприемного и излучающего электродови скоростью распространения ПАВ 1в акустическом канале. При изменениях измеряемого давления происходитмеханическая упругая деформация мембраны 1, а это приводит к искривлениюакустического канала на поверхностимембраны 1, а также к изменению расстояния между излучающим 4 и приемным5 электродами. Кроме. того, существенное влияние имеет нелинейное изменение упругости материала мембраны 1.В результате действия всех перечисленных факторов (механизмов воздействия) происходит изменение частотыавтогенератора, которое однозначносвязано с измеряемым давлением. Этопозволяет получить частотный информативный сигнал, пропорциональныйизмеряемому давлению.В диапазоне малых давлений (менее 1 мм рт,ст.) деформаций мембраныЬ не происходит, однако температура датчика становится зависимой от коэффициента теплопроводности газа, давление которого измеряется.Изменения теплопроводности, обусловленные измеряемым давлением газа, приводят к изменению температуры мембраны 1, и в силу температурной зависимости времени задержки ПАВ изменяется выходная частота автогенератора.Для повышения крутизны преобразования в диапазоне малых давлений в приповерхностном слое мембраны 1 формируется диффузионный резистивный нагреватель 2, который усиливает интенсивность тепловых процессов и тем самым степень влияния вариации коэффициента теплопроводности воздуха в рабочей полости мембраны от измеряемого давления.Для уменьшения влияния температуры окружающей среды в предлагаемомтехническом решении предлагается использовать такое сочетание слоев,расположенных на кремниевой мембране1, которое обеспечивало бы минимальный температурный коэффициент всейтрехслойной системы, обеспечивающейреализацию процесса формированиявыходного (частотного) сигнала наоснове распространения ПАВ, Для это"го использовано сочетание слоя окисицинка (2 пО) (как пьзоэлектрическогослоя) с защитным слоем двуокиси крем"ния (ЯО), гальванически изолирующего диффузионный резистивный нагреватель 2 от пьезоэлектрического слоя6. При этом график теоретической зависимости температурного коэффициента частоты (ТЧК) многослойной структуры проходит через нуль при сочетании толщин слоев 2 пО и ЗгО , равном1 ф 2(для основной моды), Предлагаемоесочетание слоев с учетом технологииполучения диффузионного нагревателяпозвоЛяет обеспечить ряд преимущес "впри массовом изготовлении датчикадавления, а именно высокую техноло"гичность, механическую барочность инадежность,1Формула и эобр ет ения1, Датчик давления, содержащий мембрану, разистивный нагреватель с токоподводами и встречно штыревые преобразователи поверхностных акустических волн - излучающий и приемный, подключенные соответственно к1597631 ставитель Н.М охин хред М.Ходанич Корректор Редактор Е.Па ал ж 461 аказ 3044 ТНИИПИ Государственного113035,Подписно ри ГКНТ С митетасква, Ж изобретениям и открытиям Раушская наб., д. 4/5 оизводственно-издательский комбинат Патент, г.ужгород,агарина, 1 О выходу и входу усилителя, о т л ил и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения надежности и технологичности, в нем мембрана выПолнена изкремния, а нагреватель - в виде диф 4 узионного слоя, расположенного навнешней .поверхности мембраны, приэтом на нагреватель нанесен слойкремния, а встречно штыревые преобразователи расположены на нем и покрыты слоем пьезоэлектрического материала.2. Датчик по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения температурной погрешности, внем в качестве пьезоэлектрическогоматериала использована окись цинка,толщина слоя которого в два разабольше толщины слоя двуокиси кремния