Чувствительный элемент датчика давления на поверхностных акустических волнах и способ его изготовления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в бортовой аппаратуре транспортных средств. Для уменьшения погрешности и повышения воспроизводимости измерений основание и закрепленная на нем мембрана 3 чувствительного элемента выполнены из силикатных стекол с соответствуюш,ими скоростями растворения в растворах фтористоводородной кислоты. На поверхности мембраны 3 размешены измерительная 4 и компенсирующая 5 структуры, включение которых по дифференциальной схеме приводит к уменьшению температурного дрейфа. При изготовлении чувствительного элемента производят химическое травление двухслойной структуры со стороны стекла с большей скоростью растворения в смеси HF и H2SO4, исключающей отложение на поверхности стекла корок из нерастворимых продуктов травления. 2 с.п.ф-лы, 2 ил. s (Л Si(p,r- uf(P) Ю ел о оо ел СХ)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1250858 А1 (51)4 G011 !1 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

У/Р) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3761455/24-10 (22) 25.06.84 (46) 15.08.86. Бюл. № 30 (71) Институт электроники АН БССР (72) В. М. Колешко и Ю. В. Мешков (53) 531.787.2 (088.8) (56) Патент США № 3978731, кл. G 01 1 9/00, G 01 1 11/00, 1976.

Патент США № 4100811, кл. G 01 1 1/16, 1978.

Патент США № 4317372, кл. G 01 1 11/00, 1982. (54) ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в бортовой аппаратуре транспортных средств.

Для уменьшения погрешности и повышения воспроизводимости измерений основание и закрепленная на нем мембрана 3 чувствительного элемента выполнены из силикатных стекол с соответствующими скоростями растворения в растворах фтористоводородной кислоты. На поверхности мембраны

3 размещены измерительная 4 и компенсирующая 5 структуры, включение которых по дифференциальной схеме приводит к уменьшению температурного дрейфа. При изготовлении чувствительного элемента производят химическое травление двухслойной структуры со стороны стекла с большей скоростью растворения в смеси HF и H2SO4, исключающей отложение на поверхности стекла корок из нерастворимых продуктов травления.

2 с.п.ф-лы, 2 ил.

1250858

Формула изобретения

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам контроля давления газообразных и жидких сред с преобразователями поверхностных акустических волн (ПАВ), и может быть использовано в бортовой аппаратуре транспортных средств для, например, контроля величины разрежения во впускном трубопроводе ДВС.

Цель изобретения — уменьшение погрешности и повышение воспроизводимости измерения.

На фиг. 1 представлен предлагаемый чувствительный элемент (ЧЭ) датчика с подключенными к нему электронными компонентами; на фиг. 2 а, б, в — способ его изготовления.

ЧЭ включает мембранный УЭ 1, выполненный в виде закрепленной на основании 2 со сквозным отверстием мембраны 3, на поверхности которой размещены измерительная 4 и компенсирующая 5 структуры на

ПАВ (в виде ЛЗ на ПАВ или ПАВ-резонаторов) . Путем включения ПАВ-структур 4 и 5 в цепи обратной связи соответствующих усилителей 6 и 7 образованы ПАВ-генераторы, выходы которых подключены к входу смесителя 8, нагруженного на фильтр нижних частот (ФНЧ) 9. Изготовление ЧЭ начинают с формирования двухслойной структуры из силикатных стекол 10 и 11 (фиг. 2 б) с различной скоростью растворения в растворах фтористоводородной кислоты, после чего проводят формирование мембранного УЭ путем химического травления двухслойной структуры со стороны стекла с большей скоростью растворения (фиг. 2 б,в) до получения конечного УЭ, имеющего мембрану 3 и основание 2 (фиг. 2 в), выполненные из соответствующих стекол 10 и 11. На поверхности мембраны 2 УЭ известными методами размещают ПАВ-структуры (ЛЗ или резонаторы) 4 и 5 с использованием пьезоэлектрических пленок, например, 7пО.

При измерении давления Р его изменение приводит к деформации мембраны 3 и изменению частот генерации f< и 4 генераторов на соответствующих ПАВ-структурах 4 и 5 в противоположных направлениях вследствие противоположного характера деформаций в центре и на периферии мембраны 3. В результате смещения частот в смесителе 8 получается разностная частота Af=(f — 12), выделяемая ФНЧ 9. Частота Л1 пропорциональная измеряемому давлению Р, причем температурный дрейф уменьшен вследствие включения ПАВ-структур 4 и 5 по дифференци ал ь ной схеме.

Формирование мембранного УЭ проводят путем химического травления двухслойной структуры со стороны стекла 11 с большей скоростью растворения Vz (фиг. 2 в). Процесс травления обычно ведут в смеси HF u и Н2304, причем HgSO4 служит для исклю!

О

Зо

35 чения отложения на поверхности стекла защитных корок из нерастворимых продуктов травления. Интенсификация процесса травления достигается путем нагрева, перемешивания, наложения ультразвука, пробулькивания сжатых газов.

Изотропный характер травления, вследствие изотропности материала стекла 11 и травителя, приводит к невоспроизводимости скорости травления и значительному различию толщины формируемого в стекле 11 утоньшения в центре hy è на периферии Ь„ (фиг. 2 в), что не позволяет использовать однослойную структуру (на основе только одного стекла 11) для формирования прецизионных УЭ с достаточной воспроизводимостью процесса. В предлагаемой двухслойной структуре при выходе поверхности травления на границу раздела стекол

10 и !1 скорость травления наиболее утоньшенной части структуры резко падает (так как скорость травления стекла 10 много меньше, чем стекла 11), а в более толстых участках остается прежней (там продолжается процесс травления стекла 11), в результате чего происходит быстрое выравнивание толщины мембраны по ее диаметру, причем вследствие резкого падения скорости травления в стекле 10 конечная толщина мембраны определяется его начальной толщиной и отличается повышенной воспроизВОД И М ОСТЬЮ.

Отношение V2/Vi выбирается из условия получения необходимых равномерности и воспроизводимости толщины мембраны, которые растут с увеличением этого отношения. При обычных диаметрах мембран 3 — 12 мм и исходной неравномерности по толп,и <е в однослойной структуре Ah--.- 50 в 10 1км необходимая неравномерносгь Xh lh мкм достигается при Ч /V ) 5 — I О.

1. Чувствительный элемент датчика давления на поверхностных акустических волнах (ПАВ), включащий мембранный упругий элемент, выполненный в виде закрепленной на основании со сквозным отверстием мембраны, на поверхности которой сформированы измерительная и компенсирующая структуры на ПАВ, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности и повышения воспроизводимости измерения, мембрана и основание выполнены из силикатных стекол с соответствующими скоростями растворения VI и V2 в растворах фтористоводородной кислоты, удовлетворяющими соотношению V2/V> ) 5 — 10.

2. Способ изготовления чувствительного элемента датчика давления на ПАВ, включающий формирование мембранного упругого элемента и размещение на его поверхности структур на ПАВ, отличающийся тем, что предварительно получают двухслойную

1250858 фиг 2

Составитель Е. Подымов

Редактор М. Товтин Техред И. Верес Корректор И. Муска

Заказ 4399/35 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 |3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП <Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 структуру из силикатных стекол с различной скоростью растворения, после чего проводят формирование мембранного упругого элемента путем химического травления двухслойной структуры со стороны стекла с большей скоростью растворения.