Устройство для измерения давления

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕН 11 Я ДАВгЕНИЯ(57) Изобретение может быть испо:ив Изобретение относится к измеритЕЛЬЦО 11 тЕХЦИ".Е,. В ЧаСтНОСтИ К 1,ЛУ- проноднцконым измерителям мехпничс,; - КИХ НЕЛИЧИЦ Н ЧаСтНОСтИ ДассЕЦ 11 электрическими методами, и может бысь использонацо в автоматизированных системах коцтроля, управления и т,д.Целью изобретения является поышение точности измерения давлени 1,На фиг,1 представлен чувстви 1 ельный элемент; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - датчик давления и его внсшцяя электрическая схема, НДРИапт ИС 11 оЛ 11 ЗЦИЯ.Устройство содержит полупроводниковый упругочунстнительный элем цт 1 н котором методами микроэлектрсгц 11 ой технологии сформирована измерительная схема, состоящая из тензорезисторов 2 В непосредственной близости от измерительной схемы расположен терморезистор 3. Вокруг измерительной схемсы и терл 1 срезистора, также ь. цепосредстенцой близости от нц;:,зондцо для измерения дднлен 11 я с по 11 щенной точностью и антоматцзирондцных системах контроля. В устройствовведены термоэлемент, представляющийсовокупность металлизированных учдсткон 7 и 8 с учестком 6, и терморезистор 3. 11 оскольку терморезцстор 3 управляет термоэлемецтом, достигаетсятемпер,турц 1 й баланс между температурами окружающей среды и :пуг 1 чувст и итс".ль 11 ого э,1 еле цтп 1 и . е 11. 1/ д1 ур 11 ая;,огре 111 ос. гь улсе 11 ь 1.ас . с:я. 3 ил сфо 1 эл 1 иронае 1 участок 41 которс 11 11 ро.тдется по ус:ругочуьс.тнительцсл 1 у э.г;менту к ег цериферийчои части 5, Успотк 1 4 ю:. 5 соедцце 1:и между с бой учао:1 сол: Ь такой же прс води; ост 1., что 11 участки 4 и 5. Участсси 4, 5 и 6 - это сдна область с одина 1;оно про., 1 дилсс 1 сть 1 а р-типа. Указанная облдс;ь л 1 еталлизиронацд з.тсср 7 и,1, а усасток 6 не покрыт метпллизирон;.нным слоем, ,Иетпллцзирондцные учгстки 7 и 8 н совокуцдости с участя )и 6 .средстанляют сос 1 Й тс моэлс мент 11 за 1: .цое рдсп пожение лсеталлизиронасцых учдст 1 1 7, 8 и 4, 5, 6 могут быть самым разнообразны.", цапримос, кдк показано ца ф 11 г 3./с 11 ая + цолугонодн 111 со:о 11 дстице выполнены рифления и проеде л.етдл:1 11.11 ця. В 11 ерцссгери 1 йном спс.е 5 тахжс. НЫО:1 НЕНЫ рндс;НИ, цо Н МС- та. - иэиров;111 ом слое 8 Рифлецця и пластине вблизи измерительо: .х СПОСОбетв;ат -УЧ 1 ЧЕй тЕП.ПЕ е,:., ЧЕ(лучшему охлаждению или нлгрснлццю) в зоне измерительной схемы, а в перцс 1)рциной части - лучшей теплопередлче окружающей среды, т.е, лучшему теплс ному рассеянию. Металлизирован 5 ц:1. участки 7 и 8 с помощью проводников 9 11 сэдклюсаются к внешней измерите.;ной цепи С помощью проводников 9 к всещцей измерительной схеме подклклчлются тлкхсе терморезистор 3 и тец"Орезисторы 2 (на стиг.1 проводники те)1 зорезисторов не показаны). Тс ггзорс.зисторы 2 проводниками 9 соединены 1 ехсду с )бой и с внешней, цепью (цс поклзлцл). Терморезистор 3 с полс;ц,ю проводников 9 соединен с уси, цстесселз 10 а усил 11 тель 10 с элсц г, лр :прлвляющим переключением поссярцо гц источника питания и устройо гном 11 (усзройство 11 может быпгь олякзрдтором) Схема 11 связана злекгрцч скц с:зереключаюсдим элементом 12 Элсл)ецт 12 также соединен с исг ценком 13 импульсного питания 25 , фиг 3),У тройст)зо работает следующилзобр зом..1)я воздецствием измеряемой мехди . с".- й всзличицы в уиругочуззстнитель.).:-менте (УЧЭ) 1 возникают меха 1, ч ,.к 1 е напряжения (УЧЭ работает влл, гц малых деАсэрмаций)р которыеводят к изменению начальных величин сопротивлений тен:зорезисторов 2,н результате чего происходит рлзба 35,.)ругочувствительном элементе могутцо,ц)зк,: г 1. механические напряжения,нызванны изменением температуры окружающей среды УЧЭ, которые, в своюочередь, также вызывают еще большийразбаланс измерительной схемы и, соо 1 ветственцо, вносят искажения н выодцои сигнал,)1 ри этом в случае, если Тс),сс,Т,Ч , то терморезистор 3 не выдаетсиг)залцепочка схем 10, 11, 12 и13 не работает и, соответственно,по участкам 4 р 5, с)р 7 и 8 не течетток (термоэлемецт отключен от источника питания). В этом случае выход 55цой сигнал УЧ 3 1 це подвергается искажению; получают чистый сигнал, проц р иолльцый данлецию Р, т.е. давлецие Р, воздействуя цл упругочувствцтельный элемент 1, деформирует его, в результате чего возникшие механические напряжения в зоне тенэорезисторов 2 приводят к изменению цх цачдльцых значений сопротивлений, т.е. к разбалансу измерительной схемы в целом, д так как измерительная схема питается напряжением (током), то изменение величин сопротивлений тензорезисторов приводит к изменению величины напряжения (тока) питлцця, которое является выходным сиги злом преобразовлселя пропорциоцллысь;:.иэме 1)ясмому давлении.с и 1 ) ТЧ терморези1 лгренлется, выходной сигцлл терморезцс торя; еличинлетс.я и через уецлц гсяь 1 О подается цл блок управле-.ния, переключающий пс)лярность источццкд ситдция терм эле.сента 11, которыц вкл лчдет сос)тветствующую полярность источника пц гдния термоэлемец)л 12, т.е. когда выходной сигнал терморезистора 2 становится нижесвоего оптимального значения и, соответствец.зор ВыхоДной сигнал Усилите)1 яр астрсеный ца 1)дл.р получает 1;РигаЩецие + Ь)р включлетсЯ цепь 13 пита спся., При этом ток гроходит чере.з пРОВОДН 11 к З р металлилийотзацгый Учас ток 7, слой полупроводника р-сцца, метал)цзиронанцый участок б и 1 ерез провод .ик 9 возвращается .с исто 1 цц-.,у 1". через .:,.рек)е)чающее устройсз о 1. На месте метл)1 лизи 1)ованцого участка 7 д зоне тензорезцсторон . и термоРезис:тоРд 3 пРоисх )Дит о . 1 лжДепиер а в зоне метлллизированцого учлстк,1 Я происходит ца 1 рев согласно эффекту Псцьтз,е, Охлаждение в зо 1. тецзорезистор;н 2 происход)гр таким обрлзо ч. чтобы сохранить темпердтурцьй бд; анс.).ой зоне, т.е. чем выше температура окружающей среды Т тсм ци)ке ТЧ и СоотБЕГСТВЕН 1 с), болнг 1 Е чзрйод охлаждения, но с учетс, . течпе 1)д." турного баланса температура этоГ зоны меняется в пределах Т- бТрвыходцоц сигнал Б и, + 61,. Тепло = зоне участка 8 рассеивается н окруж .ющсй срс.,:р.,В "Чзде КОГда 1 О)С 1)1 ЧЧЭ р Со противление терморезцстора увсличивается, на выходе усилителя 10 по св- лвстсЯ сигнал р О.личцыи от 1),)пт р вклк)чаются блоки 11 А 12, происходит, переключение полярности ис:ь знцкд 13питания В зоне тенэорези.гороы ." и1627871 Риг. Г терморезистора 3 происходит нагрев, а в зоне металлизированного участка 8 - охлаждение. Это происходит до тех пор, пока не наступит темпера 5 турный баланс между температурами окружающей среды и упругочувствительного элемента, т.е. пока не наступит равенство Тор = Тчэ:. В этом случае схема сравнения температур работает в области Бот - Д Ь. При выполнении этого условия схема питания отключается,Применение изобретения позволяет повысить точность измерения, а также чувствительность,формула и з о б р е т е н и яУстройство для измерения давления,содержащее преобразователь давления . 20в виде полупроводниковой мембраныи-типа проводимости, на поверхностикоторой сформированы тензорезисторы,соединенные в измерительный мост, итерморезистор, подключенный к усилителю, и блок питания, о т л и ч а -ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точности измерения, в нем нагревательный элемент выполнен в видетермоэлемента, один спай которого выполнен в виде металлизированнэй пленки, нанесенной на поверхность мембраны вокруг тензорезисторов и терморезистора, причем поверхность мембраныпод пленкой выполнена рифленой ир-типа проводимости, а другой спайвыполнен в виде металлизированнойпленки, нанесенной на поверхностьмембраны, при этом поверхность мембраны под пленкой выполнена р-типапроводимости, а наружная поверхностьпленки выполнена рифленой, причемспаи соединены между собой участкоммембраны, который выполнен р-типапроводимости, при этом в устройствовведены последовательно соединенныекомпаратор и переключатель полярностипитания, причем вход компаратора соединен с выходом усилителя, а блок питания подключен к спаям термоэлемента через переключатель полярности,1627871 Составитель О. СлюсаревРедактор .31 Веселовская Техред Л.Олийнык Корректор М.Шароши Тираж 355 Подписное Заказ 332 ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5