Тензопреобразователь

 

ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий упругую мембрану с размещенными на ней диффузионными тензорезисторами и калибровочными резисторами, включенными в мостовую схему, причем калибровочные резисторы выполнены с приливами vi окнами под металлизацию в последних, отличающийся тем, что с целью повышения точности преобразования, он снабжен по крайней мере одним высоколегированным диффузионным слоем с приливёми и окнами под металлизацию в последних, размещенным между мембраной и калибровочными резисторами, а приливы калибровочных резисторов расположены поверх приливов высоколегированного слоя и повторяют их форму.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК зсмк G 01 В 7/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н ABTOPCHOlVlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3477157/25-28 (22) 08.06.82 (46) 15.02.84. Бюл. № 6 (72) Ю. А. Зеленцов, В. В. Ульянов и К. И. Афанасьев (53) 531.781. 2(088.8) (56) 1. Патент Великобритании № 1,208382, кл. G 01 L 1/18, 1969..

2. Авторское свидетельство СССР № 886842, кл. G 01 L 1/22, 1979 (прототип) .

;54) (57) ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий упругую мембрану с размещенными на ней диффузионными тензорезистоÄÄSUÄÄ 1073560 А рами и калибровочными резисторами, включенными в мостовую схему, причем калиб- ровочные резисторы выполнены с приливами и окнами под металлизацию в последних, отличающийся тем, что с целью повышения точности преобразования, он 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 высоколегированного слоя и повторяют их форму.

CO

СР

1073560

1

Изобретение 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 изменении 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 номограммам, 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 упругую мембрану с размещенными на ней диффузионными тензорезисторами и калибровочными резисторами, включенными в мостовую

2 схему, 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 высоколегированного 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 тензорезисторами 2 — 5 и калибровочными резисторами 6 — 9 и 10—

13. Материалом для изготовления упругой мембраны может служить, например, кремний марки КЗФ-4 с концентрацией исходной примеси около 10 атом/см . Тензорезисторы 2 — 5 и калибровочные резисторы

6 — 9 и 10 — 13 выполнены 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 17 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.

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

1д 17 7

24 дахау

Составитель С. Сурков

Редактор К. Волощук Техред И. Верес Корректор А. Ференц

Заказ 11797j37 Тираж 5В7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 чальному выходному сигналу и которое опре дел я ется п о формул е

r= где 1 — ширина высоколегированного слоя

14 или 15;

Ф вЂ” ширина одного из калибровочных резисторов 6 — 13;

/) — удельное поверхностное сопротивление высоколегированного слоя

14 или 15.

Так как указанное сопротивление высоколегированного 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

4 незначительно, 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 выходе появляется 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.