Способ измерения давления и интеллектуальный датчик давления на его основе



Способ измерения давления и интеллектуальный датчик давления на его основе
Способ измерения давления и интеллектуальный датчик давления на его основе

 


Владельцы патента RU 2515079:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ) (RU)

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении давления жидких и газообразных сред. Заявленная группа изобретений включает способ измерения давления с использованием тензорезисторного датчика давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы (НиМЭМС) и интеллектуальный датчик давления на основе НиМЭМС. При этом в способе измерения давления, в режиме калибровки и измерения одновременно регистрируют данные напряжений между узлами питающей диагонали Upt, между одним узлом питающей диагонали и каждым из узлов измерительной диагонали (Uiz1, Uiz2). В режиме калибровки сохраняют данные для вычисления напряжений Uiz1, Uiz2, а в режиме измерения вычисляют измеренное значение давления Р исходя из напряжений питающей диагонали Upt и измерительной диагонали Uiz=Uiz1-Uiz2 и сохраненных на этапе калибровки данных. Затем вычисляют напряжения между узлом питающей диагонали и каждым из узлов измерительной диагонали, исходя из величины измеренного значения давления Р, напряжения питающей диагонали Upt и сохраненных на этапе калибровки данных, определяют разницу между вычисленными и измеренными значениями напряжений Uiz1, Uiz2. Если эта разница превышает значение критерия стабильности, то принимается решение о недостоверности результата измерения давления. Интеллектуальный датчик давления на основе НиМЭМС, реализующий предлагаемый способ измерения давления, содержит мостовую измерительную цепь из тензорезисторов, источник тока, три аналого-цифровых преобразователя, вычислительное устройство, постоянное запоминающее устройство и цифровой интерфейс, причем вычислительное устройство блока самоконтроля, второй, третий и четвертый входы которого соединены с первым, вторым и третьим выходами блока преобразования кода АЦП в численное значение напряжения, а пятый вход соединен с четвертым входом вычислительного устройства. Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности результата измерения путем введения самоконтроля датчика и осуществления проверки достоверности измерения давления за счет сравнения измеренных и вычисленных значений напряжений между одним узлом питающей диагонали и каждым из узлов измерительной диагонали. Техническим результатом изобретения является повышение надежности результата измерения путем введения самоконтроля датчика и осуществления проверки достоверности измерения давления за счет сравнения измеренных и вычисленных значений напряжений между одним узлом питающей диагонали и каждым из узлов измерительной диагонали. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении давления жидких и газообразных сред.

Известны способы измерения давления с использованием тензорезисторного датчика давления и устройства для измерения давления [1, 2], в которых измеряемое давление вычисляют из напряжений питающей и измерительной диагоналей мостовой измерительной схемы, а тензорезисторный преобразователь выполняют в виде нано- и микроэлектромеханической системы (НиМЭМС) [3, 4].

Недостатком таких способов и устройств является невозможность обнаружения факта изменения сопротивлений тензорезисторов (в результате старения, выхода из строя и т.п.) и, соответственно, недостоверности результата измерения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является выбранный в качестве прототипа способ измерения давления и тензорезисторный датчик давления на его основе [5]. Он заключается в том, что воздействие измеряемого давления преобразуется в изменение сопротивлений тензорезисторного преобразователя (тензорезисторной НиМЭМС), подключенного к источнику тока, измерении напряжений в измерительной и питающей диагоналях мостовой измерительной цепи и преобразовании измеренных значений напряжений в давление.

Датчик давления, реализующий такой способ, содержит тензорезисторный преобразователь давления (НиМЭМС) с мостовой измерительной цепью из тензорезисторов, питающая диагональ которой подключена к источнику тока и к аналого-цифровому преобразователю (АЦП), измерительная диагональ мостовой измерительной цепи тоже подключена к аналого-цифровому преобразователю. Имеется вычислительное устройство в виде микроконтроллера, соединенное с аналого-цифровым преобразователем, постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) и цифровым интерфейсом, выход которого является выходом датчика. В процессе калибровки датчика осуществляется регистрация сигналов, соответствующих напряжениям в измерительной и питающей диагоналях моста при контрольных значениях давления и температуры.

Недостатком известного способа и датчика давления на его основе является отсутствие самоконтроля, обусловленное тем, что в процессе измерения регистрируются только значения напряжений измерительной и питающей диагоналей, являющихся соответственно мерой давления и мерой температуры, что вследствие отсутствия избыточности информации не позволяет провести проверку достоверности результата измерения. В процессе калибровки данного датчика в ПЗУ записывается только информация (полиномиальные коэффициенты аппроксимирующей зависимости), необходимая для вычисления давления исходя из значений напряжений измерительной и питающей диагоналей, что недостаточно для проведения самоконтроля.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности результата измерения путем введения самоконтроля датчика и осуществления проверки достоверности измерения давления за счет сравнения измеренных и вычисленных значений напряжений между одним узлом питающей диагонали и каждым из узлов измерительной диагонали.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности результата измерения путем введения самоконтроля датчика и осуществления проверки достоверности измерения давления за счет сравнения измеренных и вычисленных значений напряжений между одним узлом питающей диагонали и каждым из узлов измерительной диагонали.

Это достигается тем, что в способе измерения давления с использованием тензорезисторного датчика давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы, содержащей мостовую измерительную цепь из тензорезисторов, заключающемся в том, что питающую диагональ мостовой измерительной цепи подключают к источнику постоянного тока и регистрируют напряжения между узлами мостовой измерительной цепи, подают давление, вначале в режиме калибровки, а затем в режиме измерения, причем в режиме калибровки осуществляют регистрацию напряжений между узлами мостовой измерительной цепи, а в режиме измерения осуществляют вычисление измеренного давления по текущим данным напряжений между узлами мостовой измерительной цепи и данным, зарегистрированным в режиме калибровки, в соответствии с предлагаемым изобретением, в режиме калибровки и измерения одновременно регистрируют данные напряжений между узлами питающей диагонали Upt, между одним узлом питающей диагонали и первым узлом измерительной диагонали Uiz1, а также между тем же узлом питающей диагонали и вторым узлом измерительной диагонали Uiz2, причем в режиме калибровки сохраняют данные для вычисления напряжений Uiz1, Uiz2, а в режиме измерения вычисляют измеренное значение давления Р исходя из напряжений питающей диагонали Upt и измерительной диагонали Uiz=Uiz1-Uiz2 и сохраненных на этапе калибровки данных, затем вычисляют напряжения между узлом питающей диагонали и первым узлом измерительной диагонали, а также между тем же узлом питающей диагонали и вторым узлом измерительной диагонали исходя из величины измеренного значения давления Р, напряжения питающей диагонали Upt и сохраненных на этапе калибровки данных, определяют разницу между вычисленными и измеренными значениями напряжений Uiz1, Uiz2, и если эта разница превышает значение критерия стабильности, то принимается решение о недостоверности результата измерения давления.

В датчике давления на основе НиМЭМС, реализующем предлагаемый способ, содержащем мостовую измерительную цепь из тензорезисторов R1, R2, R3, R4, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), вычислительное устройство (ВУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), цифровой интерфейс (ЦИ), причем мостовая измерительная цепь подключена к АЦП, их выходы соединены со входами ВУ, которое соединено с ПЗУ и ЦИ, при этом вход первого АЦП подключен к диагонали питания мостовой измерительной цепи, в соответствии с предлагаемым изобретением, входы второго АЦП подключены к узлу питающей диагонали и первому узлу измерительной диагонали, а входы третьего АЦП - к тому же узлу питающей диагонали и второму узлу измерительной диагонали, при этом вычислительное устройство содержит блок преобразования кода АЦП в численное значение напряжения, блок расчета численного значения давления, блок самоконтроля, причем блок преобразования кода АЦП в численное значение напряжения имеет первый, второй и третий входы, являющиеся входами вычислительного устройства, первый, второй и третий выходы блока преобразования кода АЦП в численное значение напряжения соединены с первым, вторым и третьим входами блока расчета численного значения давления, а четвертый вход является четвертым входом вычислительного устройства, выход блока расчета численного значения давления является первым входом блока самоконтроля, второй, третий и четвертый входы которого соединены с первым, вторым и третьим выходами блока преобразования кода АЦП в численное значение напряжения, а пятый вход соединен с четвертым входом вычислительного устройства.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого датчика давления на основе НиМЭМС, реализующего предлагаемый способ измерения. На фиг.2 приведена структурная схема вычислительного устройства.

Датчик давления на основе НиМЭМС, реализующий предлагаемый способ измерения, содержит источник тока 1, мостовую измерительную цепь 2 из тензорезисторов R1, R2, R3, R4 НиМЭМС, первый 3, второй 4 и третий 5 аналого-цифровые преобразователи, вычислительное устройство 6, цифровой интерфейс 7, постоянное запоминающее устройство 8 (фиг.1). Вычислительное устройство 6 включает в себя блок 9 преобразования кода АЦП в численное значение напряжения, блок 10 расчета численного значения давления, блок самоконтроля 11 (фиг.2).

Датчик давления работает следующим образом. Мостовая измерительная цепь 2 из тензорезисторов R1, R2, R3, R4 НиМЭМС питается от источника постоянного тока 1 (фиг.1). В результате воздействия давления возникают деформации тензорезисторов, включенных в мостовую измерительную цепь 2. Изменение сопротивлений тензорезисторов R1, R2, R3, R4 приводит к изменению напряжений Uiz1, Uiz2 на тензорезисторах R2, R4 (потенциалов узлов измерительной диагонали). Напряжение Upt питающей диагонали моста 2 зависит от температуры тензорезисторного преобразователя. Напряжения Upt, Uiz1, Uiz2 поступают на вход первого 3, второго 4 и третьего 5 аналого-цифровых преобразователей. Выходы аналого-цифровых преобразователей соединены с первым, вторым и третьим входами вычислительного устройства 6, являющимися также первым, вторым и третьим входами блока 9 преобразования кода АЦП в численное значение напряжения. Вычисленные данным блоком значения напряжений Upt, Uiz1, Uiz2 подаются в блок 10 расчета численного значения давления, который вычисляет численное значение Р измеренного давления по данным, хранящимся в постоянном запоминающем устройстве 8 исходя из напряжений питающей Upt и измерительной Uiz=Uiz1-Uiz2 диагоналей. В качестве таких данных могут служить коэффициенты полиномиального выражения, сохраненные в ПЗУ 8 на этапе калибровки, либо данные для вычисления сплайн-интерполяции. Вычисленное численное значение давления подается на первый вход блока самоконтроля 11. На второй, третий и четвертый входы блока 11 подаются значения измеренных напряжений Upt, Uiz1, Uiz2, а пятый вход является четвертым входом вычислительного устройства, соединенным с ПЗУ 8. Блок самоконтроля 11 вычисляет напряжения Uiz1, Uiz2 по данным измеренного напряжения Upt и вычисленного давления Р с помощью данных, хранящихся в постоянном запоминающем устройстве 8, которыми могут служить коэффициенты полиномиального выражения либо данные для вычисления сплайн-интерполяции. Блок самоконтроля производит сравнение вычисленных напряжений с измеренными Uiz1, Uiz2. В случае если их разница не превышает допустимого значения тестового критерия стабильности, на выходе блока самоконтроля 11 будет значение давления, вычисленное блоком 10 расчета численного значения давления, в противном случае на выход блока самоконтроля 11, кроме значения давления, поступит сигнал, сообщающий о недостоверности значения измеренного давления. С выхода блока самоконтроля 11 сигнал поступает на вход цифрового интерфейса 7, формирующего выходной сигнал датчика (о давлении и его достоверности).

Калибровка осуществляется путем регистрации напряжения Upt питающей диагонали мостовой схемы, напряжений Uiz1, Uiz2 на тензорезисторах R2, R4 при установленных контрольных значениях эталонных давления и температуры, вычислении данных (например, полиномиальных коэффициентов аппроксимирующей зависимости) для нахождения значения давления Р из значений напряжения питающей Upt и измерительной Uiz=Uiz1-Viz2 диагоналей, а также данных для вычисления напряжений Uiz1, Uiz2 из напряжения Upt питающей диагонали и давления Р, и записи этих данных в постоянное запоминающее устройство.

Таким образом, при использовании предложенного способа измерения давления и интеллектуального датчика давления на основе НиМЭМС повышается надежность результата измерения за счет введения самоконтроля датчика и осуществления проверки достоверности измерения давления.

Источники информации

1. А.с. СССР №1597623, МПИ G01L 9/04, Бюл. №37 от 07.10.90. Устройство для измерения давления / В.А.Васильев, А.И.Тихонов.

2. Патент РФ №2304762, МПК G01L 9/04, Бюл. №23 от 20.08.2007. Способ и устройство измерения давления / В.И.Садовников, А.Н.Кононов, А.Я.Аникин, В.А.Ларионов, А.Л.Шестаков.

3. Патент РФ №2398195, G01L 9/04, Бюл. №24 от 27.08.2010. Способ изготовления нано- и микроэлектромеханической системы датчика давления и датчик давления на его основе / П.С.Чернов, В.А.Васильев, Е.М.Белозубов.

4. Патент РФ 2411474 G01L 9/04, Бюл. №4 от 10.02.2011. Датчик давления повышенной точности на основе нано- и микроэлектромеханической системы с тонкопленочными тензорезисторами / П.С.Чернов, В.А.Васильев, Е.М.Белозубов.

5. Патент РФ №2300745, МПК G01L 9/04, Бюл. №16 от 10.06.2007. Устройство для измерения давления / Ю.Г.Свинолупов, В.В.Бычков.

1. Способ измерения давления с использованием тензорезисторного датчика давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы (НиМЭМС), содержащей мостовую измерительную цепь из тензорезисторов, заключающийся в том, что питающую диагональ мостовой измерительной цепи подключают к источнику постоянного тока и регистрируют напряжения между узлами мостовой измерительной цепи, подают давление, вначале в режиме калибровки, а затем в режиме измерения, причем в режиме калибровки осуществляют регистрацию напряжений между узлами мостовой измерительной цепи, а в режиме измерения осуществляют вычисление измеренного давления по текущим данным напряжений между узлами мостовой измерительной цепи и данным, зарегистрированным в режиме калибровки, отличающийся тем, что в режиме калибровки и измерения одновременно регистрируют данные напряжений между узлами питающей диагонали Upt, между одним узлом питающей диагонали и первым узлом измерительной диагонали Uiz1, a также между тем же узлом питающей диагонали и вторым узлом измерительной диагонали Uiz2, причем в режиме калибровки сохраняют данные для вычисления напряжений Uiz1, Uiz2, а в режиме измерения вычисляют измеренное значение давления Р исходя из напряжений питающей диагонали Upt и измерительной диагонали Uiz=Uiz1-Uiz2 и сохраненных на этапе калибровки данных, затем вычисляют напряжения между узлом питающей диагонали и первым узлом измерительной диагонали, а также между тем же узлом питающей диагонали и вторым узлом измерительной диагонали исходя из величины измеренного значения давления Р, напряжения питающей диагонали Upt и сохраненных на этапе калибровки данных, определяют разницу между вычисленными и измеренными значениями напряжений Uiz1, Uiz2, и если эта разница превышает значение критерия стабильности, то принимается решение о недостоверности результата измерения давления.

2. Интеллектуальный датчик давления на основе НиМЭМС, реализующий способ измерения по п.1, содержащий мостовую измерительную цепь из тензорезисторов R1, R2, R3, R4, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), вычислительное устройство (ВУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), цифровой интерфейс (ЦИ), причем мостовая измерительная цепь подключена к АЦП, их выходы соединены со входами ВУ, которое соединено с ПЗУ и ЦИ, при этом вход первого АЦП подключен к диагонали питания мостовой измерительной цепи, отличающийся тем, что входы второго АЦП подключены к узлу питающей диагонали и первому узлу измерительной диагонали, а входы третьего АЦП - к тому же узлу питающей диагонали и второму узлу измерительной диагонали, при этом вычислительное устройство содержит блок преобразования кода АЦП в численное значение напряжения, блок расчета численного значения давления, блок самоконтроля, причем блок преобразования кода АЦП в численное значение напряжения имеет первый, второй и третий входы, являющиеся входами вычислительного устройства, первый, второй и третий выходы блока преобразования кода АЦП в численное значение напряжения соединены с первым, вторым и третьим входами блока расчета численного значения давления, а четвертый вход является четвертым входом вычислительного устройства, выход блока расчета численного значения давления является первым входом блока самоконтроля, второй, третий и четвертый входы которого соединены с первым, вторым и третьим выходами блока преобразования кода АЦП в численное значение напряжения, а пятый вход соединен с четвертым входом вычислительного устройства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектрических систем (НиМЭМС), предназначенных для использования в системах управления, контроля и диагностики объектов длительного функционирования.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в разработке и изготовлении малогабаритных полупроводниковых преобразователей давления, работоспособных при повышенных температурах.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления в жидких и газообразных агрессивных средах. Датчик абсолютного давления содержит корпус со штуцером, герметизирующую контактную колодку, металлическую мембрану, несжимаемую жидкость, полупроводниковый чувствительный элемент, состоящий из стеклянного основания и квадратного профилированного полупроводникового кристалла, в центре тонкой части которого сформирован жесткий центр квадратной формы, на рабочей части полупроводникового кристалла сформирована мостовая измерительная цепь, состоящая из четырех тензорезисторов.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектромеханических систем (НиМЭМС) с мостовой измерительной цепью, предназначенных для использования в системах управления, контроля и диагностики объектов длительного функционирования.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при разработке полупроводниковых датчиков давления, выполненных по технологии МЭМС (микроэлектромеханические системы).

Изобретение относится к измерительной технике. В способе измерения давления с использованием тензорезисторного датчика давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы (НиМЭМС), в режиме измерения значение измеренного давления Pi вычисляют путем бигармонической сплайн интерполяции по контрольным точкам, исходя из сохраненного на этапе калибровки вектор-столбца W(Pэ, Uiz, Upt, X1…Xn) по формуле: Pi=GT×W, где GT - транспонированный вектор-столбец G; символ «×» обозначает матричное произведение.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектрических систем (НиМЭМС) с мостовой измерительной пенью, предназначенных для использования в системах управления, контроля и диагностики объектов длительного функционирования.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении давлений измерительными устройствами, построенными на базе тензорезисторных мостов.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектрических систем с мостовой измерительной цепью, предназначенным для использования в системах управления, контроля и диагностики технически сложных объектов длительного функционирования.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектрических систем (НиМЭМС) с мостовой измерительной цепью, предназначенным для использования в системах управления, контроля и диагностики технически сложных объектов длительного функционирования.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для прецизионных измерений давления жидких и газообразных сред. Сущность: датчик содержит корпус, установленную в нем нано- и микроэлектромеханическую систему (НиМЭМС), состоящую из упругого элемента в виде мембраны с жестким центром, заделанной по контуру в опорное основание, образованной на ней гетерогенной структуры из тонких пленок материалов, герметизирующей контактной колодки и соединительных проводников. Сформированные в гетерогенной структуре радиальные тензорезисторы, установленные по двум окружностям, состоят из идентичных тензоэлементов в форме квадратов, соединенных тонкопленочными перемычками и включенных в мостовую измерительную цепь. Центры первых и вторых тензоэлементов размещены по окружностям с радиусами, определенными по соответствующим соотношениям. Между мембраной и жестким центром, а также мембраной и опорным основанием выполнены закругления с определенным радиусом. Технический результат: повышение точности и технологичности. 1 табл., 9 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения давления при автоматизации контроля технологических процессов. Техническим результатом изобретения является уменьшение температурной погрешности и повышение быстродействия. Технический результат достигается тем, что в датчике давления выходы источника стабилизированного питания сенсорного моста соединены с входами АЦП и сенсорного моста, выходы сенсорного моста соединены с входами нормирующего усилителя. Выход сумматора соединен с входом нормирующего усилителя, выход нормирующего усилителя соединен с входом ЦАП1, выход которого соединен с входом безынерционного устройства компенсации основной погрешности, а его выход - с входом формирователя выходного сигнала напряжений питания и опорного напряжения. Один выход формирователя выходного сигнала напряжений питания и опорного напряжения соединен с входом источника стабилизированного питания сенсорного моста, второй выход соединен с входом ЦАП2 и вторым входом АЦП, а третий выход формирователя выходного сигнала напряжений питания и опорного напряжения соединен со вторым входом сумматора. Выход АЦП соединен с входом микроконтроллера, выходы которого соединены со вторыми входами ЦАП1 и ЦАП2. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к преобразователям малых давлений высокотемпературных сред, и может быть использовано в разработке и изготовлении малогабаритных полупроводниковых преобразователей давления, работоспособных при повышенных температурах. Полупроводниковый преобразователь давления содержит мембрану с утолщенным периферийным основанием. Мембрана имеет толщину, равную толщине тензорезисторов, сформированных на закрепленном на мембране слое. Тензорезисторы объединены с помощью коммутационных шин, имеющих соединенные с ними металлизированные контактные площадки, в мостовую измерительную схему. Мембрана содержит профиль с концентраторами механических напряжений в местах расположения тензорезисторов, который представляет собой сочетание утонченных участков и жестких центров. Мембрана и тензорезисторы выполнены из поликристаллического алмаза одного типа проводимости, а закрепленный на мембране слой выполнен из поликристаллического алмаза другого типа проводимости. Техническим результатом изобретения является расширение температурного диапазона измерений и уменьшение температурной погрешности. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности, к преобразователям малых давлений и может быть использовано в разработке и изготовлении малогабаритных полупроводниковых преобразователей давления, работоспособных при повышенных температурах. Сущность: полупроводниковый преобразователь давления содержит упругий элемент (1), выполненный из кремния с поверхностью, покрытой изолирующим слоем двуокиси кремния (2), на котором сформированы тензорезисторы (3) из поликристаллического кремния, объединенные при помощи коммутационных шин (4) в многоэлементную мостовую схему (5). Схема (5) содержит три измерительных моста, каждый из которых состоит из четырех тензорезисторов (6) одинакового номинала, и четыре дополнительных тензорезистора (7), номинальное сопротивление которых в четыре раза меньше сопротивления тензорезисторов (6). Узлы измерительных диагоналей каждого моста последовательно соединены между собой, а дополнительные тензорезисторы (7) включены в цепи питания первого и третьего мостов таким образом, что они образуют разомкнутый измерительный мост, плечи которого подключены к трем замкнутым мостам. Выходное напряжение схемы снимается с крайних узлов измерительной диагонали первого и третьего мостов. Технический результат: повышение точности и чувствительности преобразователя в диапазоне высоких температур. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в технологии изготовления малогабаритных тонкопленочных датчиков механических величин, работоспособных в широком диапазоне температур. Изобретение позволяет расширить температурный диапазон работы датчика на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы, повысить воспроизводимость таких параметров тензорезисторов, как электрическое сопротивление и температурный коэффициент сопротивления (ТКС), снизить температурную чувствительность датчиков. Способ изготовления тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы высокотемпературного датчика механических величин заключается в том, что на планарной стороне упругого элемента методами вакуумного распыления образуют гетерогенную структуру из нано- и микроразмерных пленок материалов, содержащую тонкопленочные диэлектрические, тензорезистивные и контактные слои, формируют тензорезисторы, контактные проводники и контактные площадки к ним. Тензорезистивный слой формируют методом магнетронного распыления в вакуумной камере с одновременным использованием двух мишеней из никеля и титана. Упругий элемент со сформированным на нем диэлектрическим слоем устанавливают на карусель, нагревают, создают давление аргона, а затем вращают карусель с упругим элементом, при этом задают определенные плотности токов в зонах распыления мишеней. После этого упругий элемент выдерживают в вакууме при повышенной температуре. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и направлено на повышение точности измерения и стабильности технических характеристик датчиков давления. Способ измерения давления заключается в размещении датчика давления на основе тензорезистивного моста в исследуемую среду, регистрации напряжений с питающей и измерительной диагоналей моста, их преобразовании в аналоговый сигнал постоянного тока и определении по этим сигналам давления. Напряжение питания периодически изменяют путем кратковременной смены его полярности, а измерение давления осуществляют во время периодической кратковременной смены полярности напряжения питания. После кратковременной смены полярности напряжения питания осуществляют возврат полярности на первоначальную, после чего осуществляют измерение давления. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения и стабильности технических характеристик датчика давления. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектромеханических систем (НиМЭМС) с мостовой измерительной цепью. Техническим результатом изобретения является повышение временной стабильности, ресурса, срока службы, уменьшение погрешности при воздействии нестационарных температур и повышенных виброускорений. Способ изготовления тензорезисторного датчика давления заключается в полировании поверхности мембраны, формировании на ней диэлектрической пленки и тензоэлементов с низкоомными перемычками и контактными площадками между ними с использованием шаблона тензочувствительного слоя в виде полос, присоединении выводных проводников к контактным площадкам в областях, удаленных от полос участков, подключении к выходу НиМЭМС регистратора, включении напряжения НиМЭМС, создании на мембране нормированного нестационарного, симметричного относительно центра мембраны поля температур и температурных деформаций. Регистрируют на регистраторе выходного сигнала НиМЭМС во время воздействия на мембрану нестационарное поле температур и температурных деформаций. Сравнивают полученный выходной сигнал испытуемой НиМЭМС по амплитуде спектральных составляющих с аналогичным сигналом эталонной НиМЭМС. Если разницы амплитуд выходных сигналов или амплитуд спектральных составляющих выходных сигналов не превышают предельно допустимых значений, которые принимаются за критерии временной стабильности, то данную сборку передают на последующие операции. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в технологии изготовления малогабаритных тонкопленочных датчиков механических величин, работоспособных в широком диапазоне температур. Изобретение обеспечивает расширение температурного диапазона работы датчика, повышение воспроизводимости таких параметров тензорезисторов, как электрическое сопротивление и температурный коэффициент сопротивления, снижение температурной чувствительности датчиков. В способе изготовления тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы высокотемпературного датчика механических величин на планарной стороне упругого элемента методами вакуумного распыления образуют гетерогенную структуру из нано- и микроразмерных пленок материалов, содержащую тонкопленочные диэлектрические, тензорезистивные и контактные слои. Формируют тензоэлементы (тензорезисторы), контактные проводники и контактные площадки к ним. Тензорезистивный слой формируют методом магнетронного распыления в вакуумной камере с одновременным использованием двух мишеней из никеля и титана. Упругий элемент со сформированным на нем диэлектрическим слоем устанавливают на карусель, нагревают, создают давление аргона, а затем вращают карусель, при этом задают плотности токов в зонах распыления первой и второй мишеней, исходя из их определенного соотношения. После этого упругий элемент выдерживают в вакууме при повышенной температуре в течение нескольких часов. 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектромеханических систем (НиМЭМС). Техническим результатом изобретения является повышение временной и температурной стабильности, ресурса, срока службы и чувствительности, а также уменьшение погрешности от нелинейности статической характеристики датчика. Датчик содержит корпус со штуцером, мембрану, упругую балку в виде прямоугольного параллелепипеда, на внешней поверхности которого размещены тензорезисторы. В боковых гранях балки под зонами размещения тензорезисторов выполнены сквозные выемки, образующие утолщения вне зон размещения тензорезисторов и перемычку, соединяющую концы балки между собой. В центральной части перемычки выполнено отверстие с размерами, превышающими поперечные размеры штока. Сквозные выемки выполнены в виде элементов торовых поверхностей, размещенных симметрично относительно поперечной оси балки, а перемычка - в виде цилиндрического кольца и элементов торовых поверхностей, отделенных от рабочей части балки прорезями, выполненными параллельно продольной оси балки. Тензорезисторы размещены симметрично продольной оси балки на минимально возможном расстоянии друг от друга. Радиус торовых поверхностей и расстояние между внешней поверхностью балки и центрами радиусов торовых поверхностей связаны соответствующими соотношениями. 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к преобразователям малых давлений высокотемпературных сред, и может быть использовано в разработке и изготовлении малогабаритных полупроводниковых преобразователей давления, работоспособных при повышенных температурах. Полупроводниковый преобразователь давления содержит мембрану с утолщенным периферийным основанием. Мембрана имеет толщину, равную толщине тензорезисторов, сформированных на закрепленном на мембране слое диэлектрика. Тензорезисторы объединены с помощью проводников, имеющих соединенные с ними металлизированные контактные площадки, в мостовую измерительную схему. Мембрана содержит профиль с концентраторами механических напряжений в местах расположения тензорезисторов, который представляет собой сочетание утонченных участков и жестких центров. Кроме того, преобразователь содержит дополнительно сформированный слой диэлектрика, закрепленный с противоположной относительно сформированных тензорезисторов стороны мембраны и равный по толщине и свойствам слою диэлектрика, закрепленному на мембране со стороны тензорезисторов. Техническим результатом изобретения является повышение надежности преобразователя, повышение прочности мембраны и повышение стабильности параметров при повышенных температурах. 1 ил.
Наверх