Полупроводниковый преобразователь давления

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению давления жидких или газообразных сред с помощью миниатюрных полупроводниковых датчиков давления. Цель изобретения - повышение точности измерения. Для этого в полупроводниковом преобразователе давления , содержащем корпус 1, мембрану 2, выполненную из полупроводникового монокристаллического материала за одно целое с опорным основанием 3, присоединенным по периферии к кольцевой части корпуса, изоляционную плату 6, в которой закреплены жесткие токовводы 7. Последние скреплены с контактными площадками 9 по внутренней окружности опорного основания 3 и дополнительно выполняют роль его опор.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 9/04

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4917995/10 (22) 30.01.91 (46) 07.09.92. Бюл. ¹ ЗЗ (75) В.С.Заседателев, С,M.Çàñåäàòåëåâ и

В.В.Куренков (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1464055, кл.6 01 L 9/04, 1987, Заявка Японии № 52 — 17437, кл, G 01 L 9/04, 1977. (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится,к измерительной технике, а именно к измерению давления жидких или газообразных сред с

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к высокоточному измерению давления жидких или газообразных сред с помощью миниатюрных полупроводниковых преобразователей давления.

Известны полупроводниковые преобразователи давления с чувствительным элементом в виде мембраны, выполненной иэ полупроводникового монокристаллического материала за одно целое с опорным основанием, прикрепленным к корпусу со стороны расположенных на мембране тензометрических элементов. При этом контактные площадки от тензометрических элементов выведены в область опорного основания и электрически соединены тонкими гибкими проводами с жесткими токовводами, укрепленными в изоляционной плате.

Одна из конструктивных схем исполнения преобразователя заключается в креплении.. Ж 1760412 А1 помощью миниатюрных полупроводниковых датчиков давления. Цель изобретения— повышение точности измерения. Для этого в полупроводниковом преобразователе давления, содержащем корпус 1, мембрану 2, выполненную из полупроводникового монокристаллического материала за одно целое с опорным основанием 3, присоединенным по периферии к кольцевой части корпуса, изоляционную плату 6, в которой закреплены жесткие токовводы 7. Последние скреплены с контактными площадками 9 по внутренней окружности опорного основания 3 и дополнительно выполняют роль его опор. г мембраны к его корпусу по периферии опорного основания, Недостатком такого решения являются значительные напряжения в материале корпуса (и соответственно, упругого опорного основания), вызываемые распределенной нагрузкой g и моментом е, возникающими от измеряемого давления P. На фиг, 1а показана (упрощенно, беэ учета концентрации напряжений) эпюра напряжений vz в поперечном сечении стенки корпуса (величина максимальных напряжений oz тем больше, чем меньше толщина h стенки корпуса), Эти напряжения, в свою очередь, обусловливают (за счет несовершенств упругих свойств материала корпуса) величину одной иэ составляющих погрешности преобразователя — его порога чувствительности. Указанная погрешность оказывает заметное влияние в случае очень точных измерений, достигаемых преобразователями с полупро1760412 водниковыми чувствительными элементами, Цель изобретения заключается в повышение точности преобразователя (B уменьшении его порога чувствительности), Для этого дополнительно к креплению опорного основания, по периферии корпуса, введена система жестких опор его (фиг.1б). Этими дополнительными опорами являются закрепленные в изоляционной плате корпуса жесткие токовводы, поддерживающие упругое опорное основание мембраны. При этом существенно снижается величина напряжения oz ><> благодаря чему уменьшается погрешность нечувствительности и порог чувствительности преобразователя.

На фиг. 2 показано одно из конструктивных решений, Полупроводниковый преобразователь давления содержит кольцевую часть корпуса 1 с расположенным на ней чувствительным элементом в виде мембраны 2, выполненной из полупроводникового монокристаллического материала за одно целое с опорным основанием 3 — массивным кольцом, по своей периферии присоединенным к кольцевой части корпуса 1 преобразователя, со стороны расположенных на мембране

2 токоведущих дорожек 4 и тензометрических элементов 5. Соединение опорного кольца с корпусом 1 герметизирует от измеряемой среды подмембранную полость. В изоляционной плате 6 осесимметрично закреплены несколько (например, двенадцать, шестнадцать, восемнадцать и т.д.) токовводов 7 (на фиг. 2 показаны только два из них), а также имеется канал 8 для подведения опорного давления, Жесткие токовводы 7, на которые чувствительный элемент оперт своими контактными площадками 9, образуют вторую (внутреннюю) окружность опор массивного кольца, Работа преобразователя заключается в том, что под воздействием измеряемого давления Р деформируется мембрана 2 и поэтому изменяются параметры тензомет5 рических элементов 5 (например, сопротивление тензорезисторов), а с помощью токоведущих дорожек 4 и токовводов 7 эти изменения параметров передаются на вторичную измерительную аппаратуру.

10 Таким образом, при использовании изобретения в преобразователях, имеющих мембрану, выполненную из полупроводникового монокристаллического материала за одно целое с опорным основанием и присо15 единенную к корпусу преобразователя со стороны расположенных на ней тензометрических элементов, повышается точность измерений давления за счет снижения величины напряжения в поперечном сечении

20 стенки корпуса.

Формула изобретения

Полупроводниковый преобразователь давления, содержащий корпус с располо25 женным в нем чувствительным элементом в виде мембраны, выполненной из полупроводникового монокристаллического материала за одно целое с опорным основанием, присоединенным по периферии к корпусу

30 со стороны расположенных на мембране тензометрических элементов, и соединенную с корпусом изоляционную плату, в которой закреплены жесткие токовводы, одними концами электрически соединен35 ные с контактными площадками тензометрических элементов, расположенными на опорном основании, а другими — выведенные за внешнюю поверхность изоляционной платы, отл и ч а ю щи и с я тем, что, с

40 цеЛью повышения точности измерения давления,в нем опорное основание мембраны через контактные площадки оперто на торцы жестких токовводов и скреплено с ними.

1760412

6)

Pg г,1

1 j71

6@m / хлюп

Составитель В,3аседателев

Техред M.Moðråíòàë Корректор Н.Гунько

Редактор

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

Заказ 3182 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5