Датчик давления

(5)5 6 01 Е 9/04 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Ф К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1433172, кл. 6 01 1. 9/04, 1986.(57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки итехники, связанных с измерением давления в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды (термоударе). Целью изобретения является повышение точности измерения при воздействии нестационарной температуры, повышение чувствительнОсти и технологичности, Цель достигается тем, что в датчике давления, содержащем квад-, ратную мембрану 1, выполненную за одно Ы 1682842 А 1 целое с опорным основанием 2, плоскость которой расположена в плоскости изотропии теплофизических свойств мембраны, измерительный мост, каждое плечо которого образовано последовательным соединением низкоомными перемычками тенэоэлементов, расположенных по периферии мембраны, причем тензоэлементы двух противоположных плеч параллельны двум другим сторонам мембраны, и длины тензоэлементов одинаковы, Так как тензоэлементы выполнены в виде идентичных квадратов, расположенных симметрично относительно взаимно перпендикулярных осей, проходящих через середины сторон мембраны, а размеры сторон каждого квадрата определены по представленному соотноше нию, то при воздействии температур паразитные сигналы, появляющиеся у тензоэлементов, включенных в смежные плечи моста, будут одинаковы и взаимно компенсироваться. 2 ил, 168284210 Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления в условиях воздействия иестационарных температур измеряемой среды (термоударе).Целью изобретения является повышение точности измерения при воздействии иестационарной температуры, повышение чувствительности и технологичности.На фиг.1 изображен датчик давления, общий вид; на фиг.2 - то же, вид на мембрану.Датчик давления содержит квадратную мембрану 1, выполненную за одно целое с опорным основанием 2, Мембрана может быть выполнена как из металлического сплава, так и из монокристаллического материала, Плоскость мембраны расположена в плоскости изотропии теплофизических свойств материала, т,е. если мембрана выполнена из монокристаллического кремния, то плоскость мембраны совпадает с основной кристаллографической плоскостью (01), Если же мембрана вь 1 полнена из поликристаллического сплава, то плоскость расположения мембраны практически может быть выполнена в любом направлении. Каждое плечо измерительного моста 3 образовано последовательным соединением иизкоомными перемычками 4 теизоэлементов 5, расположенных на пеоиферии мембраны. Тензоэлементы двух плеч параллельны двум противоположнь 1 м сторонам мембраны, а теизоэлементы двух других плеч перпендикулярны двум другим сторонам мембраны. Длины тензоэлементов одинаковы. Тензоэлементц выполнены в виде идентичных квадратов, Квадраты расположены симметрично относительно взаимно перпендикулярных осей б и 7, проходящих через середины сторон мембраны. Размеры сторон каждого квадрата определены по представленному соотношению. В случае выполнения мембраны из металлического сплава между мембраной и тензоэлементами выполняют слой диэлектрического материала, например моноокиси кремния, а тензоэлементы формируют из пленки резистивного материала.,Для съема сигнала и подачи напряжения питания служат контактные площадки 8, Контактные площадки соединены с гермовыводами 9 при помощи выводных проводников 10.Датчик давления работает следующим образом.При воздействии на мембрану давления на ее поверхности возникают деформации. Так как тензоэлементы выполнены в виде идентичных квадратов, расположенных симметрично относительно взаимно перпендикулярных осей, проходящих через середины сторон мембраны, то каждый квадрат подвергается воздействию деформаций, направленных вдоль и поперек тензоэлементов. Так как тензоэлементы двух противолежащих плеч тензомоста параллельны двум противоположным сторонам мембраны, а теизоэлементы двух других плеч перпендикулярны двум другим сторонам мембраны, то тензоэлементы, включенные в два противолежащие плеча тензомоста, подвергнутся растягивающим деформациям, направленным вдоль теизоэлементов, и сжимающим деформациям, направленным поперек тензоэлементов, а тензоэлементы, включенные в два другие противолежащие плеча теизомоста, подвергнутся сжимающим деформациям, направленным вдоль тензоэлементов, и растягивающим деформациям, направленным поперек тензоэлементов, В результате этого под воздействием измеряемого давления сопротлвлеиие двух противолежащих плеч возрастает, а сопротивление двух других плеч моста уменьшается. Поэтому на выходе моста появляется выходной сигнал, однозначно связанный с давлением измеряемойсреды. При воздействии на мембрану датчика нестациоиарной температуры измеряемой средц вследствие различных термических сопротивлений непосредственно мембраны и опорного основания температура в центральной части мембраны в общем случае существенно отличается от температуры на периферии мембраны.Так как тензоэлементы выполнены в виде идентичных квадратов, расположенных симметрично относительно взаимно перпендикулярных осей, проходящих через середины сторон мембраны, то тензоэлементы, включенные в смежные плечи моста, подвергнутся воздействию одинаковых температур, а следовательно, и паразитные сигналы, появляющиеся у тензоэлементов, включенных в смежные плечи моста, будут одинаковы и будут взаимно компенсироваться мостовой схемой,Размеры сторон резистивных квадратов выбраны в соответствии с представленным соотношением, исходя из необходимости максимального повышения чувствительности к измеряемому давлению Представленное соотношение позволя -ет выбрать минимально допустимый размер стороны квадрата. Минимально возможные размеры сторон резистивных квадратов по1682842 5 10 35 20 30 35 40 50 зволяют получить максимальную чувствительность тензорезисторов от измеряемого давления, так как максимальные деформации от измеряемого давления в мембране сосредоточены в сравнительно небольших областях. Поэтому чем меньше размеры тензоэлементов, тем больше возможность поместить их в зону максимальных деформаций при воздействии давления. Максимальные деформации от измеряемого давления возникают непосредственно на границе раздела мембраны и опорного основания. Разместив центры тензоэлементов на границе раздела мембраны и опорного основания, получим максимальную чувствительность от измеряемого давления. Кроме того, чем меньше размеры тензоэлеметов, тем в более одинаковых температурах они находятся при воздействии термоудара, а следовательно, и тем выше точность при измерении давления в условия, термоудара. Выполнение тенэоэлементов в виде идентичных квадратов, расположенных симметрично относительно взаимно перпендикулярных осей, проходящих через середины сторон мембраны, позволяет также повысить технологичность формирования тензоэлементов за счет снижения требований к технологическому оборудованию при одновременном соблюдении требования об идентичности сопротивлений смежных плеч тензомоста. Кроме того, идентичность формы и симметричность местоположения тензоэлементов позволяют при формировании тензоэлементов использовать методы мультиплексирования,Преимуществами датчика давления являются повышение точности измерения при воздействии нестационарной температуры измеряемой среды, а также повышение чувствительности за счет расположения тензозлементов в зоне максимальных тензофеформаций мембраны, Преимуществом конструкции является также повышение 45 технологичности за счет снижения требований к технологическому оборудованию при одновременном соблюдении требований об идентичности сопротивлений смежных плеч тензомоста вследствие возможности формирования тенэоэлементОв каждого тензорезистора в прямоугольной системе координат, совпадающей с направлением границ раздела мембраны и опорного основания. Формула изобретения Датчик давления, содержащий квадратную мембрану, выполненную эа одно целое с опорным основанием, поверхность которой расположена в плоскости изотропии теплофизических свойств материала, а на поверхности мембраны закреплены тенэорезисторы, соединенные в измерительный мост, каждое плечо которого образовано последовательным соединением низкоомными перемычками тензоэлементов, расположенных по периферии мембраны, причем тензоэлементы двух противоположных плеч моста параллельны двум противоположным сторонам мембраны, а тензоэлементы двух других плеч перпендикулярны двум другим сторонам мембраны, при этом длины тенэоэлементов одинаковы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности при воздействии нестационарной температуры, повышения чувствительности и технологичности, в нем тенэоэлементы выполнены в виде идентичных квадратов, расположенных симметрично относительно взаимно перпендикулярных осей, проходящих через середины сторон мембраны, а размер стороны квадрата а определен из соотношения: где Чп - максимальное напряжение питания измерительного моста, В;и - количество тензоэлементов в плече моста;К - коэффициент, учитывающий расстояние между тензоэлементами и теплопроводность материала мембраны;Вз - поверхностное сопротивление тензоэлемента, Ом/квадрат;Руд - максимально допустимая поверхностная рассеиваемая мощность тенэоэлемента, Вт/мм .1682842Составитель О.Слюсарев Редактор С,Пекарь Техред М.Моргентал Корректор М,Кучеряв Заказ 3405 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС1 3035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Производственно издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101