Полупроводниковый тензопреобразователь

 

Изобретение относится к приборостроению и позволяет повысить точ-с ность преобразования давления в электрический сигнал в криогенном диапазоне температур за счет снижения температурной погрешности чувствительности . Для этого в полупроводниковом тензопреобразователе, состоящем из корпуса 1 с металлической упругой мембраной 2 с прикрепленной к ней сапфировой подложкой 3, на по4 СС (Л 4;: ел сд Од

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (so 4 С 01 Ь 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4258806/24-10 (22) 08 ° 06.87 (46) 15.01.89.Бил. У 2 (71) Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения (72) Г.И.Кикнадзе, Г.И.Лурье, А.Г.Плещ, В.М.Стучебников, В.В.Хасиков и В.Н.Черницын (53) 531.787 (088.8) (56) Каталог фирмы Bell and Howell (США),.Rev.8-82,датчик СЕС-1000-05.

Авторское свидетельство СССР

11 934257, кл. G 01 L 9/04, 1982 °

„„Я0„„1451566 A1 (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к приборостроении и позволяет повысить точ-с ность преобразования давления в электрический сигнал в криогенном диапазоне температур за счет снижения температурной погрешности чувствительности. Для этого в полупроводниковом тензопреобразователе, сос тоящем из корпуса 1 с металлической упругой мембраной 2 с прикрепленной к ней сапфировой подложкой 3, на по1451566 ной настройкой. верхности которой сформирована кремниевая тензосхема 4 и со штуцером 5

7 для подачи давления, тензорезисторы имеют отношение ширины к толщине не

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения давления криогенных жидкостей и газов.

Цель изобретения — повышение точности преобразования давления в электрический сигнал в криогенном диапазоне температур за счет снижения температурной погрешности чувствительности.

На фиг,l изображен полупроводниковый тензопреобразователь давления; на фиг.2 — температурная зависимость, чувствительности полупроводникового (, .тензопреобразователя давления.

Полупроводниковый тензопреобразователь давления состоит из корпуса

1 с металлической упругой мембраной

2, выполненной заодно с корпусом, и ( прикрепленной к ней (например, пай" кой) сапфировой подложки 3 со сформированной на ее поверхности кремниевой тензосхемой 4, подключенной к генератору напряжения (не показан).

Корпус 1 сваркой соединен со штуцером 5, который служит для подачи давления. Металлическая мембрана выполнена из титанового сплава ВТ-9, а слой кремния, из которого изготовлены тензорезисторы, легирован бором до концентрации дырок, равной р

7,0 10 см . Тенэореэисторы имеют

19 отношение ширины к толщине, равное 50.

Полупроводниковый тенэопреобраэователь давления работает следующим образом.

При подаче давления Р двухслойный упругий элемент изгибается, деформируя кремниевые тензорезисторы (кремниевую тенэосхему) 4. Под действием деформации тензорезисторы изменяют свое сопротивление, в результате чего на выходной диагонали моста появляется сигнал, пропорциональменее 40, а слой кремния, из которого изготовлены тенэорезисторы, легирован бором с концентрацией дырок (0,5-1„8) 10 см . 2 ил.

2 М ный давлению Р, При изменении темпео о ратуры в интервале от 2 К до 100 К происходит уменьшение жесткости упругого элемента, что при заданной ве5 личине давления приводит к увеличению. деформации тенэорезисторов.

Одновременно происходит соответствующее уменьшение коэффициента чувствительности, в результате чего величина выходного сигнала тензопреобразователя оказывается не зависящей от температуры.

На фиг.2 показана температурная зависимость относительного измене15 ния чувствительности тензопреобразователя давления, изображенного на фиг.l, при питании тензосхемы от генератора постоянного напряжения (кривая 6). Кроме того, на

20 фиг.2 показаны температурные зависимости относительного изменения чувствительности такого же тензопреобразователя давления в случаях, ког да тензорезисторы выполнены из слоя л — з кремния с р = 7,0 10 см, но имеют отношение ширины к толщине, равное

20 (кривая 7), и когда тензорезисто-. ры имеют отношение ширины к толщине, равное 50, при концентрации дырок в

З0 слое кремния, равной р = 2,4 ° 10 см (кривая 8).

В диапазоне криогенных темпера0 о тур от 2 К до 100 К относительное изменение чувствительности предлагаемого тенэопреобраэователя примерно в 15 раз меньше, чем для тензопреобразователя-прототипа.

Благодаря повышению точности преобразования давления в электрический сигнал за счет снижения температурной погрешности чувствительности, достигается экономический эффект в результате исключения схемы температурной компенсации с индивидуаль1451566

Формула изобретения

700 4

Составитель И.Сумцов Редактор А,Ревин Техред А.Кравчук Корректор. Н.Король

Заказ 7072/41 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул . Проектная, 4

1. Полупроводниковый тензопреобразователь, содержащий упругий элемент и соединенный с ним чувствительный элемент, выполненный в виде мо- . нокристаллической сапфировой подложки с расположенными на ней кремниевыми тензорезисторами, ориентированными продольно и перпендикулярно относительно характеристической деформации чувствительного элемента и соединенными в мостовую схему, питаемую от генератора напряжения, о т — Б л и ч а ю шийся, тем, что, с целью повышения точности преобразования давления в электрический сигнал в криогенном диапазоне темпе.ратур за счет снижения температур- 2о ной погрешности чувствительности, Ьу о тензорезисторы изготовлены из кремния, легированного бором с концентрацией дырок (0,5-1,8) 10 см и имеют отношение ширины к толщине не менее 40.

2. Тензопреобразователь по n.l, отличающийся тем, что уп» ругий элемент выполнен в виде сапфировой монокристаллической или керамической мембраны, а тенэорезисторы изготовлены из кремния, легированного бором с концентрацией дырок (! 2-1 8), 107О см э

3. Тена.преобразователь по п.I, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде металлической мембраны, а тензорезисторы изготовлены из кремния, легированного бором с концентрацией дырок (0,5-1,2) 10 см