Полупроводниковый датчик давления
Союз Советских
Соцналнстнческни.Республик
< о 741076 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 310778 (21) 2653036/18-10 (g (2
G 01 Ь 9/04 с присоединением заявки HоI (23) Приоритет—
Государственный.комитет
СССР по делам изобретений и открытий
Опубликовано 15.06.80. Бюллетень М9 22
Дата опубликования описания 20. 06. 80 (53) УДК 531. 787. 91 (088. 8) (72) Авторы изобретения
А. П. Моисеенко, И. Н. Магден и А. В. Желудков (71) Заявитель (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения давления.
Известны датчики давления, содержащие в качестве упругого элемента консоль равного сопротивления со сквозным отверстием прямоугольной формы. На консоли закреплены тензореэисторы (1) .
Известны датчики давления, содержащие упругий элемент в виде консоли из полупроводникового материала с тензорезисторами, расположенными над концентраторами напряжений, выполне нными в виде рисок (2) . 15
Недостаток этого датчика — недостаточная чувствительность к измеряемому давле нию.
Целью изобретения яаляется повышение чувствительности датчика. 20
Указанная цель достигается тем, что в полупроводниковом датчике давления, содержащем корпус r.. размещенными в нем мембраной, концентратором и тензочувствительным узлом, расположенными по разные стороны основания консольного упругого элемента, упругий элемент, расположенный в плоскости, параллельной плоскости заделки мембраны, выполне н в виде, по меньшей 30 мере, двух консолей, каждая из которых содержит концентратор, в виде риски, вершина которой направлена к тензометрическому узлу.
На фиг. 1 показано внутреннее устройство полупроводникового датчика давления, состоящего из корпуса 1, упругой металлической мембраны 2, соединенной с корпусом посредством сварки по периметру, прижимного кольца 3, электрических выводов 4, проведенных через корпус датчика при помощи стеклоизоляторов 5. Датчик герметизирует"я при помощи крышки 6, соединенной корпусом посредством сварки по периметру. Электрические выводы 4, посредством сварки соединяются золотой проволокой 7 с тензочувствительными узлами 8.
В корпусе крепится упругий элемент
9 с клиновидными концентраторами 10.
Полупроводниковый датчик давления, снабженный для удобства крепления резьбой 11, показан на фиг. 2. В корпусе 1 клеем 12 крепятся упругий элемент и прижимное кольцо. В корпусе выполнены . отверстия 13, которые в процессе сборки закрываются кольцом
14, соединенным с корпусом сваркой по периметру.
741076
Формула изобретения
9
Упругий элемент 9 (фиг. 3) сформирован из кремниевой пластины и — типа селективным травлением с диаметрально расположенными консолями 15 и внутренними вырезами 16, на консолях с одной стороны размеще ны конце нтратор 10, а с противоположной (фиг. 4) — тензочувствительные узлы (диоды Шоттки) 8 с токоведущими дорожками 17 и контактными площадками 18.
Полупроводниковый датчик давления работает следующим образом.
Давление с упругой мембраны 2 посредством жесткой вершины передается на свободные концы консолей 15. При этом в области концентраторов 10 возникают механические напряжения б = л% т где F — сила„действукщая на свободные концы консолей; — длина консолей, — толщина консолей в месте концентраторов.. 20
Так как длина консолей 0 на не— сколько порядков превышает толщину консолей в месте концентраторов, то даже оче нь малые давления на мембрану вызывают значительные механические напряжения в области концентраторов и соответственно в области тензочувствительных узлов (диодов Шоттки), которые преобразуют эти механические напряжения в электрический сигнал, пропорциональный внешнему давлению, действующему на мембрану.
Увеличение глубины концентраторов уменьшает толщину консолей в области тензочувствительных узлов (диодов
Шоттки) и тем самым без изменения конструкции упругого элемента и топологии размещения тензочувствительных узлов и прочего позволяет достичь сколько угодно больших механических напряжений, что, в свою очередь, увеличивает чувствительность датчика.
Предложенный датчик может найти широкое применение в области измерения малых давлений жидкостей и газов, а также в качестве измерительного преобразователя расходов.
Полупроводниковый датчик давления, содержащий корпус с размещенными в нем мембраной, концентратором напряжений и тензочувствительным узлом, расположенными по разные стороны основания консального упругого элемента, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повыше ния чувств итель ностии упругий элемент, рас положе н в плоскости, параллельной плоскости заделки мембраны, и выполнен в виде, по меньшей мере, двух консолей, взаимодействующих с це нтром мембраны, каждая из которых содержит концентратор в виде риски, вершина которой направленаа к те н зометриче с кому у злу.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
9 395737, кл. G 01 L 9/04, 1971.
2. Патент США Р 3327525, кл. 73-88,5, 1964 (прототип).
74 1076
Составитель И. Коновалов
Редактор Хейфиц Техред Н.Бабурка Корректор М Коста
Заказ 3191/41 Тираж 1019
Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
