CN1140836A - 半导体差示压力测量装置 - Google Patents

半导体差示压力测量装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1140836A
CN1140836A CN96107577A CN96107577A CN1140836A CN 1140836 A CN1140836 A CN 1140836A CN 96107577 A CN96107577 A CN 96107577A CN 96107577 A CN96107577 A CN 96107577A CN 1140836 A CN1140836 A CN 1140836A
Authority
CN
China
Prior art keywords
differential pressure
sensor
diaphragm
electric bridge
measuring
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.)
Granted
Application number
CN96107577A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1089895C (zh
Inventor
池田恭一
渡边哲也
福原聪
吉田隆司
本秀郎
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.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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
Priority claimed from JP07178745A external-priority patent/JP3080212B2/ja
Priority claimed from JP8026749A external-priority patent/JPH09218121A/ja
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Publication of CN1140836A publication Critical patent/CN1140836A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1089895C publication Critical patent/CN1089895C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L13/00—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
    • G01L13/02—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
    • G01L13/025—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L13/00—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
    • G01L13/06—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using electric or magnetic pressure-sensitive elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L15/00—Devices or apparatus for measuring two or more fluid pressure values simultaneously
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
    • G01L9/0054—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
    • G01L9/04—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of resistance-strain gauges
    • G01L9/045—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of resistance-strain gauges with electric temperature compensating means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

一种半导体差示压力测量装置，包括使用微加工技术安设在半导体基片上的两个测量膜片和两个检测传感器，以及计算这两个传感器之间的输出差的计算电路。此外，计算电路可以被布置成仅仅使用至少一个第一传感器和一个第二传感器(各在一个测量膜片上)来构成所需要的桥式电路，以减少制作成本。

Description

半导体差示压力测量装置
首先，本发明涉及一种静压力和温度特性极好的半导体差示压力测量装置。
其次，本发明的涉及一种具有良好的静压力和温度特性的半导体差示压力测量装置，并提供一种低成本的差示压力检测机构。
图1是一个至今还在普遍使用的常规差示压力测量装置布置的实例，并且载入已发表的专利申请No.S59-56137(1984)的图1中。
图1中，凸缘2和凸缘3采用紧配合安装，并通过焊接固定在外壳1的两侧。被测压力PH的高压液体输入口5和被测压力PL的低压液体输入口4分别设在两个凸缘2和3中。
在外壳1中，形成一个压力测量腔6，并且在压力测量腔6中设有中心膜片7和硅膜片8。这些膜片7和8各自固定到压力测量腔6的壁上，从而压力测量腔6被膜片7和8分隔成两部分。
在压力测量腔6面向中心膜片7的壁上，形成护板6A和6B。中心膜片7的周边焊接到外壳1上。整个硅膜片8由一个单晶硅基片构成。
四个应变片80通过在硅基片的一面有选择地扩散杂质例如硼来形成，而基片的另一面则通过加工、腐蚀使整个面成为一个凹形膜片。四个应变片80用这样的方式工作，当硅膜片由于差示压力ΔP而偏移时，四个应变片中的两片受到拉伸，另外两片受到压缩。这四个应变片被连接成惠斯登电桥，并且电阻的变化被当作差示压力ΔP的变化检测出来。
诸引脚81的一头都连接到应变片80上。数字82表示引脚81的另一头所连接的密封端。支托9装有密封端并且硅膜片8通过一种例如低熔点玻璃焊接的方法固着在支托9的压力测量腔6的端面上。
压力输入小室10和11分别形成在外壳1和凸缘2之间以及外壳1和凸缘3之间。在这些压力输入小室10和11中，分别设置液体屏蔽膜片12和13，并且在面向液体屏蔽膜片12和13的外壳1的壁上形成具有与液体屏蔽膜片同样形状的护板10A和11A。
由液体屏蔽膜片12和13与护板10A和11A分别构成的空间经过连通孔14和15连到压力测量腔6。液体屏蔽膜片12和13之间的空间填充诸如硅油一类的液体101和102。这些填充液体经由连通孔16和17到达硅膜片8的上表面和下表面。填充液体101和102被中心膜片7和硅膜片8隔开，不过要设计得使这两部分液体的体积接近相等。
在上面的结构中，如果压力由高压侧给出，则作用在液体屏蔽膜片13上的压力通过填充液体102传送给硅膜片8。而如果压力由低压侧给出，则作用在液体屏蔽膜片12上的压力通过填充液体101传送给硅膜片8。
结果，硅膜片8按照高压侧和低压侧之间的压力差偏移。这一偏移通过应变片80以电信号的方式取出，并实现差示压力的测量。但是，这样一种装置受到引起静压力误差的静压力影响。
为了补偿这个静压力误差，在图2所示硅膜片的薄壁部分8a和厚壁部分8b上设置扩散应变片Gd和Gs。薄壁部分8a上应变片Gd检测薄壁部分8a由于差示压力ΔP而发生的形变。当静压力Sp施加于整个检测器上时，厚壁部分8b上的应变片Gs通过感受因硅膜片8与支托9之间的形变不同而在硅膜片8中引起的形变，检测静压力Sp的数值。
在这一情形，应变片Gd和Gs由于差示压力ΔP而产生的输出变化示于图3，由于静压力Sp而产生的输出变化示于图4。也就是说，如果加上差示压力ΔP，则不仅应变片Gd而且应变片Gs的输出都要变化。
因为这个缘故，外加差示压力ΔP用下面这个阐述相关性的方程(1)确定。
ΔP＝∑n i＝0∑m j＝0Kij×Gd i×Gs i                  (1)
在这一情形，由于应变片Gd和Gs的输出密切相关，因而把输出分开得不那么好，其间存在着必需进行较高阶(n，m)校正计算的问题，而且校正后的精度也不能足够高；所以静压力特性不很好。
本发明的目的就是解决这些问题，并提供一种具有良好静压力和温度特性的半导体差示压力测量装置。
图1是一个说明至今还在普遍使用的常规差示压力测量装置结构的例子的图。
图2是一个说明图1的本质部分的细节的图。
图3是一个描述图1所示装置的工作的简图。
图4是另一个描述图1所示装置的工作的简图。
图5是说明本发明一个实施例的本质部分的结构的图。
图6是一个描述图5所示装置的真实结构的本质部分的细节的图。
图7是图6中的A-A横剖面视图。
图8是图6中的B-B横剖面视图。
图9是图6中的C-C横剖面视图。
图10是说明图5所示装置的本质部分的细节的图。
图11示出一个说明图5所示装置的计算电路的本质部分的图。
图12是一个描述图5所示装置的工作的简图。
图13是另一个描述图5所示装置的工作的简图。
图14是一个说明本发明另一实施例的本质部分的结构的图。
图15是一个说明本发明第三实施例的本质部分的结构的图。
图16是一个说明本发明第四实施例的本质部分的结构的图。
图17是一个描述图16所说明的实施例的本质部分的细节的图。
图18是一个描述图17所示部分的计算电路的本质部分的图。
图19是一个描述图16所示实施例的工作的图。
图20是另一个描述图16所示实施例的工作的图。
图21是又一个描述图16所示实施例的工作的图。
图22是一个说明本发明第五实施例的本质部分的结构的图。
图23是一个描述图22所示实施例的计算电路的本质部分的图。
图24是一个说明本发明第六实施例的本质部分的结构的图。
图25是一个描述图24所示实施例的计算电路的本质部分的图。
图26是一个说明本发明第七实施例的本质部分的结构的图。
图27是一个描述图26所示实施例的计算电路的本质部分的图。
图5说明本发明一个实施例的本质部分的结构。图6描述图5所示装置的真实结构的本质部分的细节。图7是图6中的A-A横剖面视图。图8是图6中的B-B横剖面视图。图9是图6中的C-C横剖面视图。
在这些图中，与图1中同样的符号的结构表示同样的功用。下面反叙述与图1的不同之处。
第一测量小室21是一个设在硅基片22上的特别小的凹口，并在硅基片的一侧22a上形成第一测量膜片23。在第一测量膜片23的另一侧，在硅基片22的一个侧面22a上，设有一个很浅的第一凹面24。
第二测量小室25是一个设在硅基片22上的极小的专用凹口，并形成一个有与第一测量膜片23同样作用面积的第二测量膜片26。在第二测量膜片26的另一侧，在硅基片22的一个侧面22a的表面上设有一个很浅的第二凹面27。
支托基片28以其一侧28a与硅基片22的一侧22a相接触并与第一凹面24构成第三测量小室29，而且还与第二凹面27构成第四测量小室31。
此外，第一、第二、第三和第四测量小室21、25、29和31要在过压支承方向以极小的间隙制作，以防止外加压力过大时从支承方向损坏测量膜片。例如间隙近似等于1μm。在图5中，支承方向的间隙过大，是为了更好理解本发明。
数字32表示设在硅基片22上的第一连通孔并且一侧的测量压力PH就从这个孔的一端输入，其另一端则连通到第三测量小室29和第二测量小室25。数字33表示设在硅基片22上的第二连通孔并且另一侧的测量压力PL就从这个孔的一端输入，其另一端则连通到第四测量小室31和第一测量小室21。
在图5中，这些连通孔的连接用一种与实际方式不同的方式表示，以帮助理解第一连通孔32与第三测量小室29及第二测量小室25的连接关系或是第二连通孔33与第四测量小室31及第一测量小室21的连接关系。在实际中，连接之间的关系则如图6至图9所示。
数字34表示在使用剪切应变检测元件的情形下，用于检测第一测量膜片23中产生的应变的第一传感器。数字35则表示在使用剪切应变检测元件的情形下，用于检测第二测量膜片26中产生的应变的第二传感器。
第一传感器34和第二传感35(各用一个应变检测元件)分别位于第一测量膜片23和第二测量膜片26上，如图10所示。
数字36如图11所示，表示计算第一传感器34的输出和第二传感器35的输出之间的差的计算电路。在图11中，数字363表示同第一传感器34和第二传感器35供应电压的电源，数字362和363分别表示放大第一传感器和第二传感器的输出的放大器，以及数字363表示一个差分放大器，它将放大器362和363的输出之差放大。
数字37表示一个将测量压力PH输入第一连通孔32的压力输入孔。数字38表示一个将测量压力PL输入第二连通孔33的压力输入孔。
在上面的结构中，高压侧的测量压力PH经由第一连通孔32加到第三测量小室29和第二测量小室25。低压侧的测量压力PL经由第二连通孔33加到第四测量小室31和第一测量小室21。
根据高压侧的压力PH和低压侧的压力PL之间的压力差，第一测量膜片23和第二测膜片26产生偏移和应变。这些应变通过应变检测元件34和应变检测元件35用电的方法检测出来。
差示压力通过使用计算电路36计算一应变检测元件34的输出和第二应变检测元件35的输出测量出来。
换句话说，第一测量膜片23和第二测量膜片26由于其作用面积几乎一样，因而变得几乎向相反的方向形变。对于差示压力ΔP＝PH-PL，如图12所示，应变检测元件34的测量输出G1和应变检测元件35的测量输出G2输出完全反相的输出量。而如果施加上静压力SP＝PH＝PL，则如图13所示，第一测量膜片23的形变等于第二测量膜片26的形变，并且它们的输出几乎一样。
如果对应变检测元件34的测量输出G1和应变检测元件35的测量输出G2执行如像下面的方程(2)中的减法，则按照一个其变化量是单独输出变化量两倍的输出U得到一个正比于差示压力ΔP的输出。
如果对应变检测元件34的测量输出G1和应变检测元件35的测量输出G2执行如像下面的方程(3)中的加法，则得到仅随静压力SP变化而不受差示压力ΔP影响的输出V。
这个输出V可用作静压力信号。静压力信号V可用于例如校正由静压力引起的灵敏度变化这样的高精度计算。
ΔP＝U＝G1-G2……(2)
SP＝V＝G1+G2……(3)
如上所述，作用面积一样的测量膜片23和26可利用半导体微细加工技术而在硅基片22上精确形成，并且测量膜片23和测量膜片26如此构造以利用连通孔32和33向互相相板的方向动作。
结果是：
(1)可得到第一应变检测元件34的输出和第二应变检测元件35的输出的减法信号，用作一个仅对差示压力ΔP高度灵敏的信号。
(2)而且，其输出(灵敏度)的变化率是单个元件输出变化率的两倍。
(3)可得到第一应变检测元件34的输出和第二应变检测元件35的输出的加法信号，用作一个仅对静压力SP高度灵敏的信号。
(4)因而，单纯的减法或加法提供一个高精度的差示压力信号ΔP或静压力信号SP。
(5)因为差示压力信号ΔP和静压力信号SP在方程(4)所示的高精度计算中相互影响不大，所以仅取小的计算阶数(n，m)即已足够。
(6)除了静压力SP以外的特性，例如温度特性，通过第一应变检测元件和第二应变检测元件的输出之间的相减也抵消了，从而提供极好的温度特性。
图14说明本发明的另一个实施例的本质部分的结构。
在本实施例中，其自然频率随应变变化而变化的振动梁41和42被用作第一传感器34和第二传感器35。本实施例具有的一个优点是可用频率信号作为测量信号。
差示压力ΔP的信号的计算如下所示。
设由差示压力ΔP所产生的高压和低压信号的改变量分别为fH和fL，并且另设由静压力SP产生的高、低压信号的改变量分别为fHS和fLS。
如前所述，由于第一测量膜片23和第二测量膜片26是反相工作的，所以差示压力ΔP输出信号可通过计算来自振动梁41和42和信号差得出，如下所示：
      差示压力ΔP＝PH-PL
      ＝K(fH0-fL0)……(4)
      其中fH0＝高压侧总输出信号的改变量，
      fL0＝低压侧总输出信号的改变量，以及
      L＝常数
      由于fH0＝fH+fHS……(5)
          fL0＝-fL+fLS……(6)
      并且认为fHS＝fLS，故
      差示压力ΔP＝K〔fH-(-fL)〕……(7)
图15是一个说明本发明第三实施例的本质部分的结构的图。
在本实施例中，同心安装在支托基片28的表面28a上面向第一测量膜片23和第二测量膜片26的两组电极51、52和53、54分别用作第一传感器34和第二传感器35。这一结构具有的一个优点是用电容信号作为测量信号。
差示压力信号ΔP的计算如下所示。设由差示压力引起的电极51、52与第一测量膜片23之间以及电极53、54与第二测量片26之间的电容信号分别为CH1、CH2、CL1和CL2并且设静压力SP产生的信号分别为CHS1、CHS2、CLS1和CLS2。如前所述，由于测量膜片23和26反相工作，故对于ΔP的输出信号可通过进行如下所示计算得出。
测量膜片23和26的位移δH0和δL0表示为
      δH0＝K(CH2-CH1)……(8)
      δL0＝K(CL2-CL1)……(9)
位移δH0和δL0可进而分别分为差示和静压力分量。
      δH0＝δH+δHS……(10)
      δL0＝-δL+δLS……(11)
因而，方程(8)和(9)之间的差构成差示压力信号，并且方程(8)与(9)的和构成静压力信号。
      差示压力ΔP
        ＝δH0-δL0
        ＝K〔(CH2-CH1)-(CL2-CL1)〕……(12)
结果，在根据权利要求1的发明中，
(1)通过计算第一应变检测元件的输出和第二应变检测元件的输出之间的差得到的信号可用作仅对差示压力高度灵敏的信号。
(2)而且其输出中的变化率(灵敏度)加倍；
(3)通过计算第一应变检测元件的输出和第二应变检测元件的输出之和得到的信号可用作一个仅对静压力高度灵敏的信号；
(4)因而，单纯计算差或和就提供一个高度精确的差示压力信号或静压力信号；
(5)因为差示压力信号与静压力信号之间的交叉影响不大，故在高精度(如果必要的话)的计算中仅需要较低阶的计算。
(6)除静压力以外，例如温度特性通过计算第一应变检测元件的输出和第二应变检测之件的输出之间的差而被抵消了，从而产生极好的温度特性。
此外，根据权利要求2的发明具有能把模拟信号用作测量信号的优点，根据权利要求3的发明具有能把频率信号用作测量信号的优点。根据权利要求4的发明具有能把电容信号用作测量信号的优点。
概括以上所述，根据权利要求1、2、3及4的发明能够实现静压力与温度特性均非常好的半导体差示压力测量装置。
另一方面，在图11所示的计算电路36中，至少需要放大器362、363以及差分放大器364，这会使计算电路变复杂并提高制造成本。
图16是一个说明本发明的第四实施例的本质部分的结构的图。图17是图16所说明的实施例中的测量膜片的平面视图，并描述图16的本质部分的细节。图18是一个描述17所示部分的计算电路的本质部分的图。在这些图中，带有与图5同样符号的元件表示同样的功用。下面的叙述中仅说明不同于图5的部分。
在图16中，数字61和62表示检测在第一膜片23中产生的应变的第一传感器1和第一传感器2，并如图17所示，顺着膜片23的垂直方向的各边安装。在这一情形，应变片用作传感器。
数字63和64表示检测在第二测量膜片26中产生的应变的第二传感器1和第二传感器2，并如图17所示，顺着膜片26的垂直方向的各边安装。在这一情形，应变片用作传感器。
数字65是一个如此构造的计算电路，通过计算第一传感器61和62的结果输出与第二传感器63和64的结果输出之间的差得出对应于被测差示压力的电输出信号，和图18所示。
数字651是设在计算电路65中的一个桥式电路。这个电桥651具有这样一种结构，其中第一传感器61和62连拉成互为对面的桥臂，而第二传感63和64则连接成另一对互为对面的桥臂，如图18所示。这表示，第一传感器1-61、第二传感器1-63、第一传感器2-62以及第二传感器2-64在图18中按顺时针方向依次排列成电桥651的各个桥臂。
数字652表示在连接传感器61和63的一个电源端子与连接传感器62和64的另一个电源端子之间给出电压的电源。
数字653表示一个放大器，将连接传感器61和64的一个输出端子与连接传感器62和64的另一个输出端之间的输出放大。
第一传感器61与62以及第二传感器63与64都检测被测差示压力的同一应变，但对于温度变化和静压力来说，则根据位置排列的对称性，第一传感器1-61和第二传感器1-63检测同一应变，以及第一传感器2-62和第二传感器2-64检测另一应变。
因而，在如图18所示这样的连接方式下，即使温度变化或施加静压力，电桥651的输出也不会在第一传感器1-61和第二传感器1-63的输出变化时改变。同样地，电桥651的输出不会在第一传感器2-62和第二传感器2-64变化时改变。
在这一结构中，高压侧的测量压力PH经由第一连通孔32加到第三测量小室29和第二测量小室25。而低压侧的测量压力PL则经由第二连通孔33加到第四测量小室31和第一测量小室21上。
如图19所示，与高压侧的测量压力PH和低压侧的测量压力PL之间的压力差对应，第一测量膜片23和第二测量膜片26偏移并产生应变。这些应变量通过第一传感器61和62以及第二传感器63和64以电的方式检测出来。
计算电路65使用桥式电路651计算第一传感器61和62的输出与第二传感器63和64的输出之间的差，并输出一个相应于被测差示压力的输出信号，同时降低了由于静压力和温度引起的误差。也就是说，在第一传感器61和62以及第二传感器63和64中，对于静压力和温度来讲，其电阻变化率ΔR/R接近相等，如图20所示。于是电桥输出QB的电阻变化率ΔR/R变小。而与此同时，第一传感器61和62中对于差示压力的电阻变化率ΔR/R与第二传感器63和64中的相应变化率相等但反相，因此，如图21的示，桥输出QB的电阻变化率ΔR/R变大。从而，只测量电桥651的输出就能降低由静压力和温度引起的误差。
结果，通过使用分别装在借助被测差示压力反相连接的两个测量膜片23和26上的第一传感器61和62以及第二传感器63和64组成电桥651，能够简化计算电路65并且能够降低制造成本。事实上，在计算电路36中必须有三个放大器，而在计算电路65中只需一个放大器。
图22是一个说明本发明第五实施例的本质部分的结构的图。在本实施例中，数字71和72表示检测第一测量膜片23中产生的应变的第一传感器1和第一传感器2，它们顺着膜片23水平方向的各边安装，如图22所示。
数字73和74表示检测第二膜片26中产生的应变的第二传感器1和第二传感器2，它们质着膜片26的水平方向的各边安装，如图22所示。
数字75是一个如此构造的计算电路，通过计算第一传感器71和72的结果输出与第二传感器73和74的结果输出之间的差得出对应于被测差示压力的电输出信号，如图23所示。
数字751表示设在计算电路75中的一个桥式电路。这个电桥751具有这样一种结构，其中第一传感器71和72连成互为对面的桥臂，第二传感器73和74连成另一对互为对面的桥臂，如图23所示。这表示第一传感器1-71、第二传感器1-73、第一传感器2-72以及第二传感器2-74在图23中按顺时针方向依次排成电桥751的各个桥臂。
数字752表示在连接传感71和73和一个电源端子与连接传感器72和74的另一个电源端子之间给出电压的电源。
数字753表示一个放大器，放大电桥751中的一个连接传感器71和传感器74的输出端子与另一个连接传感器73和传感器72的输出端子之间的输出。在上面的结构中，其工作和作用与图16所说明的实施例的一样。
图24是一个说明本发明的第六实施例的本质部分的结构的图。在本实施例中，数字81和82表示检测第一测量膜片中产生的应变的第一传感器1和第一传感器2，它们平行于膜片23的边并且安装在膜片23的中心附近，如图24所示。
数字83和84表示检测第二测量膜片26中产生的应变的第二传感器1和第二传感器2，它们平行于膜片26的边并且安装在膜片26的中心附近，如图24所示。在这一情形，采用一个(110)硅片作为硅基片22。这是因为若使用(110)硅片，则甚至在第一测量膜片23的中心和第二测量膜片26的中心附近，应变片也是灵敏的。
数字85是一个如此构造的计算电路，通过计算第一传感器81和82的结果输出与第二传感器83和84的结果输出之间的差得出对应于被测差示压力的电输出信号，如图25所示。
数字851是设在计算电路85中的一个桥式电路。这个电桥851具有这样一种结构，其中第一传感器81和82连成互为对面的桥壁，第二传感器83和84连成另一对互为对面的桥臂，如图25所示。这表示，第一传感器1-81、第二传感器1-83、第一传感器2-82以及第二传感器2-84在图25中按顺时针方向依次排成电桥851的各个桥臂。
数字852表示在电桥851中连接传感器81和83的一个电源端子与连接传感器82和84的另一个电源端子之间给出电压的电源。
数字853表示一个放大器，放大电桥851中一个连接传感器81和传感器84的输出端子与另一个连接传感器83和传感器82的输出端子之间的输出。在上述结构中，其工作和作用如像在图16中所说明的实施例的一样。
图26是一个说明本发明第七实施例的本质部分的结构的图。在本实施例中，数字91表示检测由被测差示压力在第一测量膜片23中产生—的应变的第一传感器，并且第一传感器91顺着第一测量膜片23的垂直边安装，如图26所示。
数字93表示检测由被测差分压力在第二测量膜片26中产生的应变的第二传感器，并且第二传感器93顺着第二测量膜片26的垂直边安装，如图26所示。
数字92和94表示设在硅基片上围绕第一和第二测量膜片23和26对称地放置的第三和第四传感器，如图26所示。
数字95是一个如此构造的计算电路，通过计算第一传感器91的结果输出与第二传感器93的结果输出之间的差得到对应于被测差示压力的电输出信号，如图27所示。设置第三和第四传感器为的是能获得有效的静压力和温度补偿。
数字951表示设置在计算电路95中的一个桥式电路。这个电桥951具有这样一种结构，其中第一传感器91和第三传感器92连接成互为对面的桥臂，第二传感器93和第四传感器94连接成另一对互为对面的桥臂，如图27所示。这表示，第一传感器91、第二传感器93、第三传感器92以及第四传感器94在图27中按顺时针方向依次排成电桥951的各个桥臂。
数字952表示在电桥951中连接第一传感器91和第二传感器93的一个电源端子与另一个连接第三传感器92和第四传感器94的电源端子之间给出电压的电源。
数字953表示一个放大器，它将电桥951中的一个连接第一传感器91和第四传感器94的输出端子与另一个连接第二传感器93的第三传感器92的输出端子之间的输出放大。在上面的结构中，其工作和作用如像在图16中所说明的实施例的一样。
此外，在上面的实施例中，说明了电桥651、751或851分别是由第一传感器61和62、71和72或81和82与第二传感器63和64、73、74或83、84构成的。但是，这并不限于象图26所示那样的结构。简言之，组成一个作为差示压力检测机构的电桥使得至少一个第一传感器和一个第二传感器装在相邻的桥臂上并能够获得相应于被测差示压力的电输出信号便已足够。也就是说，电桥的另外两个桥臂可由普通的电阻元件组成。
再者，在上面的实施例中，说明是使用硅基片22。但并不限于此点，例如说也可使用砷化镓基片或碳化硅基片。总之，装置可由任何半导体材料构成。
虽然在上面的实施例中说明的是第二测量膜片26具有像第一膜片23一样的作用面积，这是较可取的，不过不限于此点。例如，若第一测量膜片23的厚度不同于第二测量膜片的厚度，就不必具有同样的作用面积。若两个测量膜片的作用面积不同。则使用校正系数校正也不要紧。总之，有两个测量膜片23和26便已足够。
如上所述，借助根据权利要求5至7的发明，通过使用分别安装在两个测量膜片(被测差示压力构成反相工作)上的第一传感器和第二传感器构成一个电桥使计算电路可以一种较简单的方式构成，并使且可制造成本降低。因而，根据权利要求5、6和7的发明能实现静压力和温度特性极好的半导体差示压力测量装置，并提供一种低成本的差示压力检测机构。

Claims (7)

1.一种在其中将测量小室设在测量膜片的相对侧的半导体差示压力测量装置，组成如下：
(1)一个设在半导体基片的一个表面附近的第一测量小室和一个在所述测量小室的同一基片表面侧形成的第一测量膜片；
(2)一个设在所述基片的表面上的第一凹面，位于与所述第一测量小室相对的所述第一测量膜片面上；
(3)一个设在所述半导体基片表面附近的第二测量小室，和一个在所述第二测量小室的同一个基片表面侧形成的第二测量膜片；
(4)一个设在所述基片表面上的第二凹面，位于与所述第二测量小室相对的所述第二测量膜片面上；
(5)一个支托基片，其表面接靠所述半导体基片的所述表面，它用所述第一凹面构成一个第三测量小室，并用所述第二凹面构成一个第四测量小室；
(6)一个设在所述半导体基片内的第一连通孔，在其一端输入一个测量压力，并且其另一端与所述第三和第二测量小室连通；
(7)一个设在所述半导体基片内的第二连通孔，在其一端输入另一个测量压力，并且其另一端与所述第四和第一测量小室连通；
(8)一个第一传感器，检测由被测差示压力在第一测量膜片中产生的位移或应变；
(9)一个第二传感器，检测由所述被测差示压力在第二测量膜片中产生的位移或应变；以及
(10)一个计算电路，计算所述第一传感器的输出与所述第二传感器的输出之间的差，作为相应于所述被测差示压力的输出。
2.根据权利要求1所述的一种半导体差示压力测量装置，其中应变片用作所述第一和第二传感器。
3.根据权利要求1所述的一种半导体差示压力测量装置，其中振动式应变传感器用作所述第一和第二传感器。
4.根据权利要求1所述的一种半导体差示压力测量装置，其中电容式传感器用作所述第一和第二传感器。
5.根据权利要求1所述的一种半导体差示压力测量装置，其中一种包括一个构造得至少包含一个所述第一传感器和一个所述第二传感器的电桥的计算电路被用作所述计算电路，并被安排成通过将所述第一和第二传感器放在所述电桥的邻接桥臂中而获得一个相应于所述被测差示压力的电输出信号。
6.根据权利要求5所述的一种半导体差示压力测量装置，包括：
围绕所述半导体基片上的所述第一和第二测量膜片互相对称地安装的第三和第四传感器；以及
一个差示压力检测机构，该机构被安排得通过将所述第一和第二传感器分别置于所述电述电桥的两个桥臂中，且将所述二个桥臂的连接端接到所述电桥的一个电源端子上，并通过将所述第三和第四传感器分别置于所述电桥的其余两个桥臂中，且将所述其余两个桥臂的连接端接到所述电桥的另一个电源端子上，以获得一个相应于所述被测差示压力的电输出信号。
7.根据权利要求5所述的一种半导体差示压力测量装置，包括一个差示压力测量机构，该机构被安排得通过将所述第一和第二传感器分别置于所述电桥的两个桥臂中，且将所述两个桥臂的连接端接到所述电桥的一个电源端子上，并通过将两个电阻元件分别置于所述电桥的其余两个桥臂中，且将所述其余两个桥臂的连接端接到所述电桥的另一个电源端子上，以获得一个相应于所述被测差示压力的电输出信号。
CN96107577A 1995-07-14 1996-05-29 半导体差示压力测量装置 Expired - Fee Related CN1089895C (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP178745/95 1995-07-14
JP07178745A JP3080212B2 (ja) 1995-07-14 1995-07-14 半導体差圧測定装置
JP026749/96 1996-02-14
JP8026749A JPH09218121A (ja) 1996-02-14 1996-02-14 半導体差圧測定装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1140836A true CN1140836A (zh) 1997-01-22
CN1089895C CN1089895C (zh) 2002-08-28

Family

ID=26364570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN96107577A Expired - Fee Related CN1089895C (zh) 1995-07-14 1996-05-29 半导体差示压力测量装置

Country Status (9)

Country Link
US (1) US5959213A (zh)
EP (1) EP0753728A3 (zh)
KR (1) KR100186938B1 (zh)
CN (1) CN1089895C (zh)
AU (1) AU683195B2 (zh)
BR (1) BR9602506A (zh)
CA (1) CA2173786C (zh)
DE (1) DE753728T1 (zh)
TW (1) TW299479B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108195503A (zh) * 2018-02-09 2018-06-22 扬州江天流量仪表有限公司 圆膜片电阻应变式压力、压差传感器
CN112649142A (zh) * 2019-10-09 2021-04-13 阿自倍尔株式会社 压力传感器
CN112649139A (zh) * 2019-10-09 2021-04-13 阿自倍尔株式会社 传感器元件
CN112649141A (zh) * 2019-10-09 2021-04-13 阿自倍尔株式会社 传感器元件

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19709846C1 (de) 1997-02-28 1998-04-02 Siemens Ag Druckdifferenz-Meßumformer
DE19743288A1 (de) * 1997-09-30 1999-04-22 Siemens Ag Mikromechanischer Sensor
US6121269A (en) * 1999-02-22 2000-09-19 Henry; James P. Reduction of hair growth
EP1236974A1 (fr) * 2001-03-01 2002-09-04 Seyonic SA Dispositif pour mesurer une pression en deux points d'un écoulement fluidique
JP2007516746A (ja) * 2003-12-11 2007-06-28 プロテウス バイオメディカル インコーポレイテッド 移植可能な圧力センサ
US7188528B2 (en) * 2004-04-23 2007-03-13 Kulite Semiconductor Products, Inc. Low pass filter semiconductor structures for use in transducers for measuring low dynamic pressures in the presence of high static pressures
US7121145B2 (en) * 2004-10-18 2006-10-17 Silverbrook Research Pty Ltd Capacitative pressure sensor
US7017418B1 (en) * 2004-12-15 2006-03-28 General Electric Company System and method for sensing pressure
JP4940786B2 (ja) 2006-06-29 2012-05-30 株式会社デンソー 圧力センサ
US20080011297A1 (en) * 2006-06-30 2008-01-17 Scott Thomas Mazar Monitoring physiologic conditions via transtracheal measurement of respiratory parameters
JP5658477B2 (ja) 2010-04-13 2015-01-28 アズビル株式会社 圧力センサ
FR2974628B1 (fr) * 2011-04-28 2013-12-27 Commissariat Energie Atomique Microdebitmetre et son procede de realisation
JP2013044675A (ja) * 2011-08-25 2013-03-04 Yokogawa Electric Corp 振動式差圧センサとその製造方法
DE102013106601A1 (de) * 2013-06-25 2015-01-08 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Druckmessgerät, insbesondere Differenzdruckmessgerät
CN103983401A (zh) * 2014-05-31 2014-08-13 福州大学 一种用于差压传感器的等精度测量方法
CN105783993B (zh) * 2016-03-21 2018-01-30 安徽工程大学 集成温度相对湿度传感器
US10203255B2 (en) * 2016-08-25 2019-02-12 Measurement Specialties, Inc. Differential pressure sensor incorporating common mode error compensation
JP7240869B2 (ja) 2018-12-14 2023-03-16 株式会社アドバンテスト センサ試験システム
US11609141B2 (en) * 2021-06-01 2023-03-21 Schneider Electric Systems Usa, Inc. Condition detection of pressure transmitter diaphragm

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2979955A (en) * 1957-04-12 1961-04-18 Schlumberger Well Surv Corp Pressure responsive systems
DE1922077A1 (de) * 1969-04-30 1970-11-12 Bodenseewerk Geraetetech Barometrischer Hoehensignalgeber fuer Flugregler
JPS54115178A (en) * 1978-02-28 1979-09-07 Toshiba Corp Differential pressure detector
US4311053A (en) * 1979-05-14 1982-01-19 Rosemount, Inc. Vibrating beam pressure sensor
US4222277A (en) * 1979-08-13 1980-09-16 Kulite Semiconductor Products, Inc. Media compatible pressure transducer
US4390925A (en) * 1981-08-26 1983-06-28 Leeds & Northrup Company Multiple-cavity variable capacitance pressure transducer
US4455874A (en) * 1981-12-28 1984-06-26 Paroscientific, Inc. Digital pressure transducer
US4445383A (en) * 1982-06-18 1984-05-01 General Signal Corporation Multiple range capacitive pressure transducer
IT1164315B (it) * 1983-07-08 1987-04-08 Kent Tieghi Spa Trasmettitore di pressioni differenziali di fluidi di processo industriali, con compensazione degli effetti delle variazioni di pressione statica
JPS60133335A (ja) * 1983-12-22 1985-07-16 Yokogawa Hokushin Electric Corp 圧力センサ
US4625560A (en) * 1985-05-13 1986-12-02 The Scott & Fetzer Company Capacitive digital integrated circuit pressure transducer
JP2560338B2 (ja) * 1987-08-18 1996-12-04 ミノルタ株式会社 ヒ−タの異常点灯制御装置
US4852408A (en) * 1987-09-03 1989-08-01 Scott Fetzer Company Stop for integrated circuit diaphragm
KR920005348Y1 (ko) * 1988-03-01 1992-08-03 미쓰비시전기주식회사 압력센서
EP0456029B1 (en) * 1990-05-10 1994-12-14 Yokogawa Electric Corporation Vibrating type pressure measuring device
US5165289A (en) * 1990-07-10 1992-11-24 Johnson Service Company Resonant mechanical sensor
JPH04302479A (ja) * 1991-03-29 1992-10-26 Yokogawa Electric Corp 半導体圧力センサ
US5275055A (en) * 1992-08-31 1994-01-04 Honeywell Inc. Resonant gauge with microbeam driven in constant electric field
AU658524B1 (en) * 1993-08-17 1995-04-13 Yokogawa Electric Corporation Semiconductor type differential pressure measurement apparatus and method for manufacturing the same
US5444901A (en) * 1993-10-25 1995-08-29 United Technologies Corporation Method of manufacturing silicon pressure sensor having dual elements simultaneously mounted

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108195503A (zh) * 2018-02-09 2018-06-22 扬州江天流量仪表有限公司 圆膜片电阻应变式压力、压差传感器
CN112649142A (zh) * 2019-10-09 2021-04-13 阿自倍尔株式会社 压力传感器
CN112649139A (zh) * 2019-10-09 2021-04-13 阿自倍尔株式会社 传感器元件
CN112649141A (zh) * 2019-10-09 2021-04-13 阿自倍尔株式会社 传感器元件
US11499882B2 (en) 2019-10-09 2022-11-15 Azbil Corporation Pressure sensor

Also Published As

Publication number Publication date
CA2173786C (en) 2000-09-05
KR100186938B1 (ko) 1999-05-15
EP0753728A3 (en) 1998-04-15
TW299479B (zh) 1997-03-01
BR9602506A (pt) 1998-09-08
CN1089895C (zh) 2002-08-28
AU683195B2 (en) 1997-10-30
DE753728T1 (de) 1997-06-26
KR970007320A (ko) 1997-02-21
US5959213A (en) 1999-09-28
EP0753728A2 (en) 1997-01-15
CA2173786A1 (en) 1997-01-15
AU5191896A (en) 1997-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1089895C (zh) 半导体差示压力测量装置
JP2656566B2 (ja) 半導体圧力変換装置
US9228913B2 (en) Electrostatic pressure sensor
CN85108622A (zh) 用于脆性材料制成的电容传感器的电路
US20150362391A1 (en) Pressure Sensor, and Mass Flow Meter and Mass Flow Controller Using the Same
JPH01141328A (ja) 差圧伝送器
CN102230818B (zh) 一种双c型压电式动态轴重传感器
JP2014106013A (ja) 圧力センサ
US20150135853A1 (en) Mems pressure sensor field shield layout for surface charge immunity in oil filled packaging
JPH029704B2 (zh)
CN108981983A (zh) 轮胎－路面三向力测量传感器
JP4993345B2 (ja) 静電容量型圧力センサ
RU2384825C1 (ru) Датчик для измерения давления
US9983081B2 (en) Pressure sensor
CN1447120A (zh) 加速度传感器
JP2012122924A (ja) 圧力センサ
JP2020046177A (ja) 圧力センサ素子およびそれを備えた圧力センサモジュール
JPH07174652A (ja) 半導体圧力センサ及びその製造方法並びに圧力検出方法
JPH0447244A (ja) 半導体圧力センサ
CN201707160U (zh) 压阻式压力传感器一体化基座
CN110082011A (zh) 一种多级测力测位移传感器
JP3144647B2 (ja) 静電容量型圧力センサ素子
JP3080212B2 (ja) 半導体差圧測定装置
CN109238523A (zh) 一种测量晶圆残余应力的装置及其方法
JPH09218121A (ja) 半導体差圧測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C06 Publication
PB01 Publication
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20020828

Termination date: 20150529

EXPY Termination of patent right or utility model