CN101526411A - 带自补偿网络的薄膜压力传感器芯体 - Google Patents

带自补偿网络的薄膜压力传感器芯体 Download PDF

Info

Publication number
CN101526411A
CN101526411A CN200910042541A CN200910042541A CN101526411A CN 101526411 A CN101526411 A CN 101526411A CN 200910042541 A CN200910042541 A CN 200910042541A CN 200910042541 A CN200910042541 A CN 200910042541A CN 101526411 A CN101526411 A CN 101526411A
Authority
CN
China
Prior art keywords
strain
resistance
pressure sensor
diaphragm pressure
compensating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN200910042541A
Other languages
English (en)
Inventor
何迎辉
颜志红
谢贵久
谢峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 48 Research Institute
Original Assignee
CETC 48 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 48 Research Institute filed Critical CETC 48 Research Institute
Priority to CN200910042541A priority Critical patent/CN101526411A/zh
Publication of CN101526411A publication Critical patent/CN101526411A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

本发明公开了一种带自补偿网络的薄膜压力传感器芯体，其包括最大压应变、最大拉应变区和非应变区，其特征是在最大压应变、最大拉应变区各设一对应变电阻，由该4个应变电阻组成惠斯登全桥应变电路，在平膜片的非应变区还设有串接到惠斯登全桥应变电路的电源输入端的铂电阻。本发明专利是一种不仅可解决薄膜压力传感器应变电桥初始不平衡问题，而且可以减小零点温漂、补偿灵敏度温漂的新型芯体。

Description

带自补偿网络的薄膜压力传感器芯体
技术领域
本发明专利涉及薄膜压力传感器的敏感芯体组成结构，具体涉及一种带自补偿网络的芯体。
背景技术
压力传感器中的薄膜压力传感器是利用应变测量技术发展起来的传感器，已得到广泛应用。其通过弹性敏感芯体将压力转换成应变，用溅射在弹性体上的应变电阻作敏感元件，将应变转换成电信号。
压力传感器广泛用于恶劣环境下气体、液体或蒸汽的压力测量。通常的压力传感器是通过外接串联零点补偿电阻、温度补偿电阻对传感器进行零点补偿和温漂的补偿。这种补偿方法需增加手工丝绕电阻进行反复调试，给传感器带来了可靠性隐患，尤其是振动、冲击要求高的测试环境。对低于-55℃、高于175℃的使用环境，外串电阻的补偿方式不适应。
发明专利内容
本发明专利所要解决的技术问题是取消薄膜压力传感器的外串补偿电阻，提高传感器的补偿精度与可靠性，提高传感器的补偿温度范围。
为了解决上述技术问题，本发明专利对薄膜压力传感器的敏感芯体进行了改进，使其带补偿电阻网络，可进行零点补偿、灵敏度补偿，采取的具体技术方案是：一种用于薄膜压力传感器的周边固支平膜片，包括最大压应变区、最大拉应变区和非应变区，膜片研磨、抛光后，在其上溅射双层绝缘膜、应变电阻膜、保护膜、热电阻膜，通过刻蚀技术将应变电阻膜刻蚀成应变薄膜电阻与零点补偿薄膜电阻，应变电阻设计在弹性体的最大压应变区(2个)、最大拉应变区(2个)，零点补偿薄膜电阻网络设计在非应变区，与应变电阻相连，由该4个带零点补偿电阻的应变电阻组成惠斯登全桥应变电路，将压力信号转换成电信号。在弹性体的非应变区还设有串接到电桥电源输入端的热电阻。
所述4个应变电阻为阻值近似相同的合金薄膜栅条电阻。
作为优选方案，在平膜片的非应变区设有与4个应变电阻连接的补偿电阻网络，其由多个分别与应变电阻连接的补偿电阻组成。
为了传感器零点温漂为零，不再需要外串电阻补偿，作为优选方案，所述零点补偿电阻与应变电阻的电阻温度系统相同。
为了补偿传感器的灵敏度温漂，薄膜应变电阻的温度系数很小，而串接到电桥电源输入端的热电阻采用温度系数大、线性好的铂热电阻。
本发明专利的工作原理是，本发明专利所述用于薄膜压力传感器的平膜片，包括最大压应变、最大拉应变区和非应变区，在最大压应变、最大拉应变区各设一对应变电阻，由该4个应变电阻组成惠斯登全桥应变电路，在非应变区还设有串接到电桥的电源输入端的铂热电阻，对桥路的正灵敏度漂移进行补偿。在弹性体的非应变区还设有与4个应变电阻连接的补偿电阻网络，其由多个分别与应变电阻连接的补偿电阻组成，对惠斯登全桥应变电路进行初始的零点平衡补偿。更进一步的，上述零点补偿电阻与应变电阻由同材料、同工艺在同一时间制造，因此他们具有相同的电阻温度系数，组成平衡电桥时，理论上零点输出的温漂为零，不需要外接电阻进行零点温漂补偿。
本发明专利的有益效果：
采用本发明专利所述敏感芯体的薄膜压力传感器，可以有效减小传感器的零点不平衡误差和温度误差。
同时由于取消外串电阻补偿方式，有利于传感器的小型化结构设计，减少两个手工丝绕电阻，可以提高传感器的可靠性。
综上所述，本发明专利提供了一种新型的用于薄膜压力传感器的敏感芯体，有利于薄膜压力传感器温度性能的提高。本发明专利可以有效补偿薄膜压力传感器的零点平衡、零点温漂、灵敏度温漂。
下面结合具体实施方式和附图对本发明专利作进一步的说明。
附图说明
图1为实施例中所述带自补偿网络的薄膜压力传感器芯体结构示意图；
图2为一种带图1所述敏感芯体的薄膜压力传感器原理示意图；
图3是惠斯登全桥应变电路示意图。
在附图中：
1-应变电阻    2-补偿电阻    3-铂电阻
4-应变区    5-非应变区    6-保护膜
7-合金应变电阻膜    8-绝缘膜    9-铂电阻膜    10-平膜片
具体实施方式
参见图2，薄膜压力传感器的工作原理是，首先对作为弹性体的平膜片10进行研磨、抛光，然后在其上溅射沉积铂电阻膜9、绝缘膜8、应变电阻膜7、保护膜6，通过平膜片9的应变区4感受压力(P1为测试压力，P2为参考压力，表压传感器为P2大气压，绝压传感器P2为真空)，膜片产生形变，溅射在其上的合金薄膜电阻7也相应产生形变，电阻阻值发生改变，在膜片中心与边缘的电阻阻值变化方向相反，通过组成全桥应变电路，输出一个与压力值基本成线性的电信号。
其中平膜片10的结构为：
1.设有4个电阻阻值相同的合金薄膜栅条应变电阻1，其中两个分布在膜片中心最大压应变区，两个分布在膜片边缘最大拉应变区，即其中R2、R4在弹性体的负应变区，R1、R3在弹性体的正应变区，组成图3所示的惠斯登全桥应变电路。
2.考虑在相同工艺下，由于系统误差和偶然误差的影响，4个栅条应变电阻1不可能完全一致，导致桥路不可能完全匹配。为了适当调整栅条应变电阻的大小，在每个栅条应变电阻尾端，增加了由多个小的薄膜补偿电阻2组成的补偿电阻网络，如图1中所示，提供给每个栅条应变电阻选择。每个小的薄膜补偿电阻2的阻值各不相同，按一定比例设计，其中一种方法如：每个栅条电阻1带3个薄膜补偿电阻2，栅条电阻R1、R2带的薄膜补偿电阻2的阻值分别为栅条电阻1的1‰、2‰、17‰，栅条电阻R3、R4带的薄膜补偿电阻2的阻值分别为栅条电阻1的3‰、6‰、28‰，通过一系列小电阻的组合式选取，可以使电桥电路达到初始平衡。
3.在电桥的输入端串接有两个铂电阻3，沉积在平膜片10的非应变区5。通过在桥路中串入铂电阻3，可以有效补偿电阻桥的正的灵敏度温漂。

Claims (4)

1、一种带自补偿网络的薄膜压力传感器芯体，包括最大压应变、最大拉应变区(4)和非应变区(5)，在最大压应变、最大拉应变区各设一对应变电阻(1)，由该4个应变电阻(1)组成惠斯登全桥应变电路，其特征是在弹性体的非应变区(5)还设有串接到惠斯登全桥应变电路的电源输入端的铂电阻(3)。
2、根据权利要求1所述带自补偿网络的薄膜压力传感器芯体，其特征是所述4个应变电阻为阻值相同的合金薄膜栅条电阻。
3、根据权利要求1所述带自补偿网络的薄膜压力传感器芯体，其特征是非应变区(5)设有与4个应变电阻(1)连接的补偿电阻网络，其由多个补偿电阻(2)组成。
4、根据权利要求3所述带自补偿网络的薄膜压力传感器的芯体，其特征是所述补偿电阻(2)与应变电阻(1)的电阻温度系数相同。
CN200910042541A 2009-01-19 2009-01-19 带自补偿网络的薄膜压力传感器芯体 Pending CN101526411A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200910042541A CN101526411A (zh) 2009-01-19 2009-01-19 带自补偿网络的薄膜压力传感器芯体

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200910042541A CN101526411A (zh) 2009-01-19 2009-01-19 带自补偿网络的薄膜压力传感器芯体

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101526411A true CN101526411A (zh) 2009-09-09

Family

ID=41094397

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200910042541A Pending CN101526411A (zh) 2009-01-19 2009-01-19 带自补偿网络的薄膜压力传感器芯体

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101526411A (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104280186A (zh) * 2011-11-23 2015-01-14 无锡芯感智半导体有限公司 温漂自补偿soi压力传感器的制备及补偿方法
CN105829849A (zh) * 2013-12-11 2016-08-03 迈来芯科技有限公司 半导体压力传感器
CN106370326A (zh) * 2015-07-22 2017-02-01 旺玖科技股份有限公司 阻抗式传感器及应用其的电子装置
CN107436205A (zh) * 2017-08-14 2017-12-05 中北大学 一种片内温度补偿石墨烯压力传感器
CN107687915A (zh) * 2016-08-03 2018-02-13 麦克罗特尔电子技术股份公司 设有偏置的校准电阻器的压阻式压力传感器
CN107702837A (zh) * 2016-08-08 2018-02-16 霍尼韦尔国际公司 压力传感器偏移温度系数调整
CN107976272A (zh) * 2013-02-28 2018-05-01 Mks 仪器公司 具有实时健康监测和补偿的压力传感器
CN109238524A (zh) * 2018-08-28 2019-01-18 西安航天动力研究所 宽温区高精度溅射薄膜压力传感器及其制作方法
US10317297B2 (en) 2013-12-11 2019-06-11 Melexis Technologies Nv Semiconductor pressure sensor
CN112484631A (zh) * 2020-12-09 2021-03-12 湖南启泰传感科技有限公司 一种薄膜压力传感器及其布局方法
WO2021185004A1 (zh) * 2020-03-19 2021-09-23 深圳纽迪瑞科技开发有限公司 一种压力感应装置及压力感应设备
CN117889999A (zh) * 2024-03-14 2024-04-16 锐马（福建）电气制造有限公司 一种六维力传感器零点补偿方法及系统

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104280186A (zh) * 2011-11-23 2015-01-14 无锡芯感智半导体有限公司 温漂自补偿soi压力传感器的制备及补偿方法
CN107976272B (zh) * 2013-02-28 2020-03-24 Mks 仪器公司 具有实时健康监测和补偿的压力传感器
CN107976272A (zh) * 2013-02-28 2018-05-01 Mks 仪器公司 具有实时健康监测和补偿的压力传感器
US10317297B2 (en) 2013-12-11 2019-06-11 Melexis Technologies Nv Semiconductor pressure sensor
CN105829849A (zh) * 2013-12-11 2016-08-03 迈来芯科技有限公司 半导体压力传感器
CN105829849B (zh) * 2013-12-11 2019-08-30 迈来芯科技有限公司 半导体压力传感器
CN106370326A (zh) * 2015-07-22 2017-02-01 旺玖科技股份有限公司 阻抗式传感器及应用其的电子装置
CN107687915A (zh) * 2016-08-03 2018-02-13 麦克罗特尔电子技术股份公司 设有偏置的校准电阻器的压阻式压力传感器
CN107687915B (zh) * 2016-08-03 2021-11-23 科莱特微电股份公司 设有偏置的校准电阻器的压阻式压力传感器
CN107702837A (zh) * 2016-08-08 2018-02-16 霍尼韦尔国际公司 压力传感器偏移温度系数调整
CN107702837B (zh) * 2016-08-08 2022-01-04 霍尼韦尔国际公司 压力传感器偏移温度系数调整
CN107436205A (zh) * 2017-08-14 2017-12-05 中北大学 一种片内温度补偿石墨烯压力传感器
CN107436205B (zh) * 2017-08-14 2023-10-13 中北大学 一种片内温度补偿石墨烯压力传感器
CN109238524A (zh) * 2018-08-28 2019-01-18 西安航天动力研究所 宽温区高精度溅射薄膜压力传感器及其制作方法
WO2021185004A1 (zh) * 2020-03-19 2021-09-23 深圳纽迪瑞科技开发有限公司 一种压力感应装置及压力感应设备
CN112484631A (zh) * 2020-12-09 2021-03-12 湖南启泰传感科技有限公司 一种薄膜压力传感器及其布局方法
CN117889999A (zh) * 2024-03-14 2024-04-16 锐马（福建）电气制造有限公司 一种六维力传感器零点补偿方法及系统
CN117889999B (zh) * 2024-03-14 2024-06-21 锐马（福建）电气制造有限公司 一种六维力传感器零点补偿方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101526411A (zh) 带自补偿网络的薄膜压力传感器芯体
Li et al. High-temperature piezoresistive pressure sensor based on implantation of oxygen into silicon wafer
CN110823446A (zh) 硅压阻式压力传感器二次温度补偿零点调试方法
US4203327A (en) Piezoresistive silicon strain sensors and pressure transducers incorporating them
CN106644195B (zh) 一种高温大量程硅-蓝宝石压力传感器结构
CN103196526B (zh) 具有偏载隔离功能的测力称重传感器及其隔离测量方法
Kumar et al. Effect of piezoresistor configuration on output characteristics of piezoresistive pressure sensor: an experimental study
CN202304895U (zh) 一种实现温度和压力信号的同时测试的溅射薄膜芯片
US7918137B2 (en) Method for temperature compensation of a piezoresistive gaged metal diaphragm
CN102175363A (zh) 用离子束溅射硅薄膜制作的压力应变器件及方法
CN102359836A (zh) 一种mems压阻式拉压力芯片及传感器的制作方法
CN203490009U (zh) 低量程溅射薄膜型测力传感器
CN114705332A (zh) 一种高灵敏度低非线性压力传感器及制备方法
US3739644A (en) Linearization of differential pressure integral silicon transducer
WO2013020275A1 (zh) 一种mems压阻式拉压力芯片及传感器的制作方法
CN206362469U (zh) 一种高温薄膜压力敏感元件
US4476726A (en) Pressure transducers exhibiting linear pressure operation
CN202974521U (zh) 基于陶瓷基底应变片的力敏传感器
CN101694409A (zh) Soi机油压力传感器的全硅压力芯片制造方法
CN117268600A (zh) 一种mems压力传感器芯片及其制备方法
CN111426413A (zh) 一种新型压力传感器及设计方法
CN103728065A (zh) 一种soi结构压力传感器
Balavalad et al. Design, simulation & analysis of SOI based micro piezoresistive pressure sensor for high temperature applications
CN105004456B (zh) 基于非晶材料的高性能薄膜压力传感器
Nisanth et al. Performance analysis of a silicon piezoresistive pressure sensor based on diaphragm geometry and piezoresistor dimensions

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20090909