Датчик давления

 

Изобретение относится к устройствам для измерения статических и динамических давлений газообразных сред с помощью датчиков, использующих поверхностные акустические волны (ПАВ). Цель изобретения - повышение надежности и технологичности датчика и уменьшение температурной погрешности. Датчик давления на ПАВ содержит кремниевую мембрану 1, на которой расположен диффузионный резистивный нагреватель 2, на нагреватель нанесен слой 3 двуокиси кремния, на котором расположена поверхностно-акустическая волновая структура, включающая в себя излучающий 4 и приемный 5 электроды, на которые нанесен слой 6 пьезоэлектрика (окиси цинка), электроды ПАВ структуры соединены с усилителем 7 и образуют вместе автогенератор. Резистивный нагреватель 2 имеет контактные площадки 8. Измеряемое давление подается в полость 9 через отверстие 10. Изменения теплопроводности, обусловленные измеряемым давлением газа, приводит к изменению температуры мембраны 1 и в силу температурной зависимости времени задержки ПАВ изменяется выходная частота автогенератора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХ

РЕСПУБЛИН (5y)5 G 01 L 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4603370/24-10 (22) 09. 11.88 (46) 07. 10. 90. Бюл. Р 3 7 (71) Казанский авиационный институт им. А. Н . Т упол ева (72) А.А.Габдеев, А.А.Порунов, А.Т.Магсумова и Г.И,Садыкова (53) 531. 787 (088 . 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 742734, кл, С 01 L 11/00, 1978. (57) Изобретение относится к устройствам для измерения статических и динамических давлений газообразных сред с помощью датчиков, использующих поверхностные акустические волны (ПАВ). Цель изобретения — повышение надежности и технологичности датчи-, ка и уменьшение температурной погрешности. Датчик давления на ПАВ соI

„„Я0„„1597631 A 1

2 держит кремниевую мембрану 1, на которой расположен диффузионный реэистивный нагреватель 2, на нагреватель ненесен слой 3 двуокиси кремния, на котором расположена поверхностно-акустическая волновая структура, включающая в себя излучающий 4 и приемный 5 .электроды, на которые нанесен слой пьезоэлектрика (окиси цинка), электроды IIAB — структуры соединен с усилителем 7 и образуют вместе автогенератор. Резистивный нагреватель 2 имеет контактные площадки 8.

Измеряемое давление подается в полость 9 через отверстие 10. Изменения теплопроводности, обусловленные измеряемым давлением газа, приводят к изменению температуры мембраны 1 и в силу температурной зависимости времени задержки ПАВ изменяется выходная частрта автогенератора.

1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1597631

Изобретение относится к устройствам для измерения статических и динамических давлений газообразных сред с помощью датчиков исполь; уюУ

5 щих поверхностные акустические волны (ПАВ) .

Цель изобретения — повышение надежности и технологичности датчика, а также уменьшение температурной погрешности.

На фиг.1 изображен датчик давления, изометрия; на фиг.2 — то же, продольный разрез.

Датчик давления на ПАВ содержит кремниевую мембрану 1, на которой расположен диффузионный резистивный нагреватель 2, на нагреватель нанесен слой 3 двуокиси кремния, на котором расположена поверхностно-акусти- 2Р ческая структура, включающая в себя излучающий 4 и приемный 5 электроды, на которые нанесен слой 6 пьезоэлектрика, электроды ПАВ-структуры соединены с усилителем 7 и образуют с ним 2S автогенератор. Резистивный нагреватель 2 имеет контактные площадки 8 .

Измеряемое давление подается в полость 9 через входное отверстие 10.

Датчик работает следующим обра- Зр зом.

При отсутствии изменения измеряемого давления в полости 9, образованной мембраной 1 и фланцем датчика давления, мембрана 1 остается в исход-З5 ном состоянии, частота автогенератора неизменна и определяется топологией приемного и излучающего электродов и скоростью распространения IIAB > в акустическом канале. При измене- 4р ниях измеряемого давления происходит механическая упругая деформация мембраны 1, а это приводит к искривлению акустического канала на поверхности мембраны 1, а также к изменению расстояния между излучающим 4 и приемным

5 электродами. Кроме. того, существенное влияние имеет нелинейное изменение упругости материала мембраны 1.

В результате действия всех перечисленных факторов (.механизмов воздействия) происходит изменение частоты автогенератора, которое однозначно связано с измеряемым давлением. Это позволяет получить частотный информативный сигнал, пропорциональный измеряемому давлению.

В диапазоне малых давлений (менее 1 мм рт,ст.) деформаций мембраны б не происходит, однако температура датчика становится зависимой от коэффициента теплопроводности газа, давление которого измеряется.

Изменения теплопроводности, обусловленные измеряемым давлением газа, приводят к изменению температуры мембраны 1, и в силу температурной зависимости времени задержки ПАВ изменяется выходная частота автогенератора.

Для повышения крутизны преобразования в диапазоне малых давлений в приповерхностном слое мембраны 1 формируется диффузионный резистивный нагреватель 2, который усиливает интенсивность тепловых процессов и тем самым степень влияния вариации коэффициента теплопроводности воздуха- в рабочей полости мембраны от измеряемого давления.

Для уменьшения влияния температуры окружающей среды в предлагаемом техническом решении предлагается ис-. пользовать такое сочетание слоев, расположенных на кремниевой мембране

1, которое обеспечивало бы минимальный температурный коэффициент всей трехслойной системы, обеспечивающей реализацию процесса формирования выходного (частотного) сигнала на основе распространения ПАВ. Для это" го использовано сочетание слоя окиси цинка (ZnO) (как пьзоэлектрического слоя) с защитным слоем двуокиси кремния (SiO ) гальванически изолирующего диффузионный резистивный нагреватель 2 от пьезоэлектрического слоя

6. При этом график теоретической зависимости температурного коэффициента частоты (ТЧК) многослойной структуры проходит через нуль при сочетании толщин слоев ZnO u SrO равном

1:2(для основной моды), Предлагаемое сочетание слоев с учетом технологии получения диффузионного нагревателя позвоЛяет обеспечить ряд преимущес "в при массовом изготовлении датчика давления, а именно высокую технологичность, механическую барочность и надежность.

Формула и эобр ет ения

1. Датчик давления, содержащий мембрану, разистивный нагреватель с токоподводами и встречно штыревые преобразователи поверхностных акустических волн — излучающий и приемный, подключенные соответственно к

159 763 1

Составитель Н.Матрохина

Техред М, Ходанич Корректор T.Малец

Редактор Е.Папп

Заказ 3044 Тираж 461 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

1 выходу и входу усилителя, о т л ил и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности и технологичности, в нем мембрана выПолнена из кремния, а нагреватель — в виде диф4узионного слоя, расположенного на внешней -поверхности мембраны, при этом на нагреватель нанесен слой кремния, а встречно штыревые преобразователи расположены на нем и покрыты слоем пьезоэлектрического материала .

2. Датчик по п.1, о т л и ч а5 ю шийся тем, что, с целью уменьшения температурной погрешности, в нем в качестве пьезоэлектрического материала использована окись цинка, толщина слоя которого в два раза больше толщины слоя двуокиси кремния °