DD286222A5 - PIEZORESISTIC PRESSURE SENSOR WITH BENDING CENTER - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen piezoresistiven Drucksensor mit biegesteifem Zentrum fuer kleine Meszbereich, der aufgabengemaesz im Nenndruckbereich * einen von der Druckeinleitungsrichtung unabhaengigen Linearitaetsfehler aufweist, der betragsmaeszig kleine Werte annimmt. Erreicht wird das dadurch, dasz der Sensor eine rechteckfoermige Druckplatte besitzt, die zentralsymmetrisch ein rechteckfoermiges biegesteifes Zentrum aufweist und dasz auf der Druckplatte zwei piezoresistive Widerstandsvollbruecken, die jeweils zwei Laengs- und zwei Querwiderstaende aufweisen, so angeordnet sind, dasz die Widerstaende der einen Bruecke in der Naehe des aeuszeren Randes der Druckplatte und die der anderen Bruecke in der Naehe des inneren Randes am biegesteifen Zentrum liegen. Die sich jeweils entsprechenden Widerstaende beider Bruecken weisen gleiche Abmessungen und gleiche Abstaende vom inneren bzw. aeuszeren Rand der Druckplatte auf. Bei Druckeinwirkung auf die Widerstandsseite des Sensorchips wird das Ausgangssignal von der Bruecke am aeuszeren Rand und bei Druckeinwirkung auf die gegenueberliegende Seite von der Bruecke am inneren Rand gebildet. Fig. 1{Druckmeszgeraet; Drucksensor; Silizium; piezoresistiv; Membrantyp; biegesteifes Zentrum; Piezorwiderstaende; Brueckenschaltung; Linearitaetsfehler; unabhaengig; Druckeinleitung}The invention relates to a piezoresistive pressure sensor with a rigid center for a small measuring range, which has a linearity error which is independent of the pressure introduction direction and which assumes small values in absolute terms in the nominal pressure range. This is achieved by the sensor having a square-shaped pressure plate centered symmetrically with a rectangular rigid center and having two piezoresistive resistance bridges each having two longitudinal and two transverse resistances arranged on the pressure plate so as to form the resistors of the one bridge near the outer edge of the printing plate and those of the other bridge near the inner edge of the rigid center. Each corresponding resistors of both bridges have the same dimensions and the same distances from the inner or outer edge of the printing plate. When pressure is applied to the resistance side of the sensor chip, the output signal from the bridge is formed at the outer edge and when pressure is applied to the opposite side from the bridge at the inner edge. Fig. 1 {Druckmeszgeraet; Pressure sensor; Silicon; piezoresistive; Membrane type; rigid center; Piezorwiderstaende; bridge circuit; Linearitaetsfehler; independently; Pressure introduction}
Description
Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings
Piezoresistive Drucksensoren weisen im allgemeinen einen plattenförmigen Verformungskörper auf, dor innerhalb eines Halbleitereubstrates lokal durch mikromechanische Verfahren, meist naßchemische Äütechniken, abgedünnt ist. Der Verformungskörper besteht damit aus dem gleichen Material wie das Halbleitersubstrat, vorzugsweise aus Silizium. In oder auf dem Verformungskörper befinden sich Piezowiderstände aus dotiertem mono- odor polykristallinem Silizium. (V.l. VAGANOV; Integralnye tenzopreobrazovateli. Moskau: Energoatomizdat 1983; B.SCHMIDT, D.SCHUBERT: Silicium sensoren. Berlin: akademie-Verlag 1986). Der plattenförmigo Verformungskörper (d.h. die Druckplatte) weist dabei Rechteck· (z.B. DD 137.S66), Quadrat- (z.B. DE 3.538.453, US 4.400.681), Kreis- (z.B. DD 133.714, DE 2.856.708, US 4.439.752), achteck- (z.B. DD 150.376, DE 3.345.988) oder eine andere Form auf.Piezoresistive pressure sensors generally have a plate-shaped deformation body, which is locally thinned within a semiconductor substrate by micromechanical methods, usually wet-chemical etching techniques. The deformation body thus consists of the same material as the semiconductor substrate, preferably of silicon. Piezo resistors made of doped monodoor polycrystalline silicon are located in or on the deformation element. (V.VAGANOV, Integralnye tenzopreobrazovateli, Moscow: Energoatomizdat 1983, B.SCHMIDT, D. SCHUBERT: Silicon Sensors, Berlin: akademie-Verlag 1986). The plate-shaped deformation body (ie the pressure plate) has a rectangle (eg DD 137.S66), square (eg DE 3.538.453, US 4.400.681), circular (eg DD 133.714, DE 2.856.708, US 4.439. 752), octagonal (eg DD 150.376, DE 3.345.988) or another form.
Da bei konstant vorgegebenem ünearitätsfehler die Empfindlichkeit piezoresistiver Drucksensoren unterhalb einer bestimmten Grenze mit kleiner werdendem Nenndruck abnimmt (J. BINDER u.a.: Silicon pressure Sensors for the 2kPe to 4011 Pa range. Siemens Forschungs· und Entwicklungsberichte 13 (1984) 6, S. 294-302), werden im allgemeinen für kleine Meßbereiche in den Druckplatten biegesteife Zentren realisiert. Druckplatten mit einem zentral in der Platte angeordneten biegesteifen Zentrum sind beispielsweise mit kreisförmiger (US 3.341.794) und quadratischer Struktur (US 4.236.137) bekannt. Der Verformungskörper kann dabei »ine im Rahmen der Fertigungstoleranzen konstante Dicke aufweisen oder so gestaltet sein, daß er dickere Bereiche, die als Biegefedern wirken und die Steifigkeit des Verformungskörpers bestimmen, und dünnere Bereiche, die zur Druckabdichtung dienen, besitzt (Y.MATSUOKA u.a.: Differential pressure/pressure transmitters applied lerith semicondueto sensors. IEIiE Transactions on Industrial Electromics IE-33 (1986] 2, S. 152-157; H. REIMANN: New mechanical structures to achieve low pressure silicon sensors and accelerometer. Kongreßunterlagen zur Sensor 88. Nürnberg: ΑΜΑ 1988, S. 265-280). Die piezoresistiven Widerstandsstrukturen, die auf diesen Druckplatten angeordnet sind, besitzen entweder vier Längswiderstände (M. SHIMAZOE u.a.: a special silicon diaphragm pressure sensor wirh high autput and high accuracy. Sensors and actuators 2 (1982), S. 275-282; J.BINDER u.a. Silizium-Drucksensoren für den Bereich 2kPa bis 4011 Pa Teil 1: Ein ChipSince the sensitivity of piezoresistive pressure sensors decreases below a certain limit with decreasing nominal pressure (J. BINDER et al .: Silicon pressure sensors for the 2kPe to 4011 Pa range. Siemens Research and Development Reports 13 (1984) 6, p. 302), bending-resistant centers are generally realized for small measuring ranges in the printing plates. Printing plates with a rigid center arranged centrally in the plate are known, for example, with a circular (US Pat. No. 3,341,794) and square structure (US Pat. No. 4,236,137). The deformation body can thereby have a constant thickness within the manufacturing tolerances or be designed such that it has thicker areas which act as bending springs and determine the rigidity of the deformation body, and thinner areas which serve for pressure sealing (Y.MATSUOKA et al. Differential Pressure / Pressure Transmitters Applied to Lerith Semiconduet Sensors IEIiE Transactions on Industrial Electromics IE-33 (1986) 2, pp. 152-157; H. REIMANN: New mechanical structures for achieving low pressure silicon sensors and accelerometers. Nuremberg: ΑΜΑ 1988, pp. 265-280) The piezoresistive resistance structures arranged on these pressure plates have either four series resistances (SHIMAZOE et al .: A special high-pressure sensor and actuator 2 (1982), pp. 275-282; J.BINDER et al. Silicon pressure sensors for the range 2 kPa to 4011 Pa Part 1: A chip
für jeden Druckbereich. Siemens Components 23 (1985) 2, S. 64-67) oder vier Querwiderstände (US 4.236.137), von denen jeweils zwei in der Nine des biegeeteifen Zentrums und zwei in der Nähe des äußeren Einspannrandes angeordnet sind, oder aber zwei Längs- und zwei Querwiderstände, wobei alle vier Widerstände am inneren oder am äußeren Rand des Verformungskörpers positioniert wurden (P. OHLCKERS u. a.: a mechanical based sensor element with low deflection and high resonance frequency. Transducers 87. Digest of Technical Papers. Tokyo: IEEE 1987, S.332-335).for every pressure range. Siemens Components 23 (1985) 2, pp. 64-67) or four transverse resistors (US 4,236,137), two of which are arranged in the nine of the bending center and two in the vicinity of the outer clamping edge, or two longitudinal resistors. and two transverse resistors, with all four resistors positioned at the inner or outer edge of the deformation body (P. OHLCKERS et al .: a mechanical-based sensor element with low-deflection and high-frequency transducer, 87th Digest of Technical Papers., Tokyo: IEEE 1987, S.332-335).
Widerttano'svollbrOcken, bei denen jeweils zwei längs- und Querwiderstände an einem Rand des Verformungskörpers liegen, zeigen für die beiden Möglichkeiten der Einleitungsrichtung des Meßdruckes auf den Drucksensorchip stark abweichende Linearitätsfehler. Für die Fälle, daß der Meßdruck auf die Widerstandsseite der Druckplatte wirkt und die vier Brückenwiderstände in der Nähe des äußeren Plattenrandes liegen bzw. daß der Meßdruck auf die den Widerständen abgewandte Seite wirkt und die vier Brückenwiderstände in der des biegesteifen Zentrums am inneren Plattenrand liegen, tritt eine teilweise Kompensation der Membranspannungen (infolge der Verlängerung der neutralen Faser bei Auslenkung infolge Druck) und der daraus resultierenden nichtlinearen Biegespannungen ein.In spite of the fact that two longitudinal and transverse resistances are located at one edge of the deformation body, there are strongly deviating linearity errors for the two possibilities of the introduction direction of the measuring pressure on the pressure sensor chip. For the cases that the measuring pressure acts on the resistance side of the pressure plate and the four bridge resistors are in the vicinity of the outer plate edge or that the measuring pressure acts on the side facing away from the resistors and the four bridge resistances lie in that of the rigid center on the inner plate edge, occurs a partial compensation of the membrane stresses (due to the extension of the neutral fiber at deflection due to pressure) and the resulting nonlinear bending stresses.
Bei den beiden anderen Fällen überlagern sich die nichtlinearen Membran- und Biegespannungsanteile, so daß eine wesentliche Vergrößerung des Linearitätsfehlers im Meßbereich zu beobachten ist. Für Drucksensoren mit symmetrischem Nenndruckbereich pN...+pN weist damit jede der beiden Widerstandslängen am inneren bzw. äußeren Plattenrand einen Bereich mit sehr großem Linearitätsfehler auf.In the two other cases, the non-linear membrane and bending stress components overlap, so that a significant increase in the linearity error in the measuring range is observed. For pressure sensors with a symmetrical nominal pressure range p N ... + P N , each of the two resistance lengths at the inner or outer plate edge thus has an area with a very large linearity error.
Widerstandsvollbrücken mit vier Längs- oder Querwiderständen, die paarweise symmetrisch zur Plattenmitte am inneren und äußeren Plattenrand angeordnet sind, zeigen hinsichtlich der beiden Druckeinleitungsrichtungen auf den Sensorchip symmetrisch nichtlineares Verhalten im Meßbereich ~pN... +Pn, weisen jedoch prinzipiell relativ hohe Linearitätsfehler auf, da immer bei zwei Widerständen der Vollbrücke die Überlagerung der Membran- und der nichtlinearen Biegespannungsanteile erfolgt (G. GERLACH: Die Berechnung der Linearitätsfehler piezoresistiver Druckwandler mit analytischen Ansätzen. Forschun jsbericht 20/87.1U Dresden, Sektion Informationstechnik 1987).Resistor complete bridges with four longitudinal or transverse resistances, which are arranged in pairs symmetrically to the center of the plate on the inner and outer plate edge show symmetrical nonlinear behavior in the measuring range ~ p N ... + Pn with respect to the two directions of pressure initiation on the sensor chip, but in principle have relatively high linearity errors since superimposition of the membrane and nonlinear bending stress fractions always takes place in the case of two resistors of the full bridge (G. GERLACH: The calculation of the linearity errors of piezoresistive pressure transducers with analytical approaches, Forschungsbericht 20 / 87.1U Dresden, Section Information Technology 1987).
Das Ziel der Erfindung besteht in der Verringerung des druckabhängigen Linearitätsfehlers piezoresistiver Drucksensoren mit biegesteifem Zentrum im symmetrischen Nenndruckbereich -pn...+Ρν·The object of the invention is to reduce the pressure-dependent linearity error of piezoresistive pressure sensors with a rigid center in the symmetrical nominal pressure range -pn... + Ρν ·
Aufgabe der Erfindung ist es, einen piezoresistiven Drucksensor mit biegesteifem Zentrum für kleine Meßbereiche zu schaffen, der im Nenndruckbereich -ρ«·.· + Pn einen symmetrischen, d.h. von der Druckeinleitungsrichtung unabhängigen Linearitätsfehler aufweist, der betragsmäßig sehr kleine Werte annimmt.The object of the invention is to provide a piezoresistive pressure sensor with bending-resistant center for small measuring ranges, which in the nominal pressure range -ρ << · · · Pn has a symmetrical, i. independent of the pressure initiation direction linearity error, the magnitude of which assumes very small values.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der piezoresistive Drucksensor eine rechteckförmige Druckplatte aufweist, die zentralsymmetrisch ein rechteckförmiges biegesteifes Zentrum besitzt und daß auf der Druckplatte zwei piezoresistive WiderstandsvollbrOcken, die jeweils zwei Längs- und zwei Querwiderstände aufweisen, so angeordnet sind, daß die Widerstände der einen in der Nähe des äußeren Randes der Druckplatte und die der anderen Brücke in der Nähe des inneren Randes am biegesteifen Zentrum liegen und die sich jeweils entsprechenden Widerstände der beiden Brücken gleiche Abmessungen und gleiche Abstände vom inneren bzw. äußeren Rand der Druckplatte aufweisen, wobei der Druck -pN5p<0 der auf die Widerstandsseite dos Sensorchips wirkt, mit der Widerstandsbrücke am äußeren Rand der Druckplatte und der Druck 0 s ρ S + Pn, der auf die den Widerständen gegenüberliegende Seite wirkt, mit der Widerstandsbrücke am innoren Rand der Druckplatte in der Nähe des biegesteifen Zentrums gemessen wird.According to the invention, the object is achieved in that the piezoresistive pressure sensor has a rectangular pressure plate, which has a center-symmetrical rectangular rigid center and that on the pressure plate two piezoresistive resistance full bridges, each having two longitudinal and two transverse resistances are arranged so that the resistors one in the vicinity of the outer edge of the pressure plate and the other bridge in the vicinity of the inner edge of the rigid center and the corresponding resistances of the two bridges have the same dimensions and equal distances from the inner or outer edge of the pressure plate, wherein the Pressure -p N 5p <0 acting on the resistance side of the sensor chip, with the resistance bridge at the outer edge of the pressure plate and the pressure 0 s ρ S + Pn acting on the side opposite the resistors, with the resistance bridge at the innermost edge of the pressure plate in the Near the rigid center is measured.
Sowohl die rechteckförmige Druckplatte als auch das rechteckförmige biegesteife Zentrum können dabei quadratisch ausgeführt sein. Das rechteckige oder quadratische bisgesteife Zentrum kann abgerundete Ecken aufweisen. Im Verformungskörper zwischen der festen äußeren Einspannung und dem festen Zentrum tritt infolge des Meßdrucks ein mechanisches Spannungsbzw. Dehnungsfeld auf, daß sich bei wechselnder Druckeinleitungsrichtung symmetrisch zur Mitte des Plattenspaltes ändert. Damit wirkt bei einer Druckeinleitungsrichtung auf jede der beiden Brücken das gleiche Spannungsfeld wie bei Umkehrung dar Druckeinleitungsrichtung auf die jeweils andere Brücke. Damit tritt bei Einleitung des Druckes auf die Widerstandsseite des Sensorchips |-pKSpS0)im Bereich des äußeren Randes der Druckplatte eine teilweise Kompensation der Membran- und der nichtlinearen Biegespannungsanteile auf, während sie sich bei der Einwirkung des Druckes von der den Widerständen entgegengesetzten Seite aus im Bareich des inneren Randes einstellt. Die Kompensation ist für beide Fälle infolge der Symmetrie der Widerstände beider Brücken zur Mitte des Plattenspaltes gleich, so daß die Linoaritätsfehler in den beiden Druckboreichen -pN...0 und0...+Pngleich sind.Both the rectangular printing plate and the rectangular bending-resistant center can be made square. The rectangular or square bisgestep center may have rounded corners. In the deformation body between the fixed outer clamping and the fixed center occurs due to the Meßdrucks a mechanical Spannungsbzw. Stretching field that changes symmetrically to the center of the plate gap with changing pressure introduction direction. Thus acts in a pressure introduction direction on each of the two bridges, the same voltage field as when reversing the pressure introduction direction to the other bridge. Thus, upon initiation of the pressure on the resistance side of the sensor chip | -p K SpS0), partial compensation of the membrane and nonlinear bending stress fractions occurs in the region of the outer edge of the pressure plate, while on the pressure acting on the opposite side of the resistors set in the Bareich of the inner edge. The compensation is the same for both cases due to the symmetry of the resistances of both bridges to the center of the plate gap, so that the Linoaritätsfehler in the two Druckboreichen -p N ... 0 and0 ... + Pn are equal.
Die Kompensation d'jr Membran- und nichtlinearen Biegespannungsanteile führt zu einer erheblichen Verringerung des Druckabhängigen Linearitätsfehlers in den beiden Teilbereichen -Pn-..Ο und 0... +pN für jeweils eine der beiden Brücken. Die Ausgangsspannung des Drucksensors ergibt sich als Ausgangsspannung der Brücke am äußeren Rand der Druckplatte, wenn der Meßdruck auf die Widerstandsseite des Sensorchips wirkt, und als Ausgangsspannung der Brücke am inneren Rand der Druckplatte, wenn der Meßdruck auf die entgegengesetzte Seite wirkt.The compensation of diaphragm and non-linear bending stress components leads to a considerable reduction of the pressure-dependent linearity error in the two sub-areas -Pn-... Ο and 0... + P N for one of the two bridges. The output voltage of the pressure sensor results as the output voltage of the bridge at the outer edge of the pressure plate when the measuring pressure acts on the resistance side of the sensor chip, and as the output voltage of the bridge at the inner edge of the pressure plate when the measuring pressure acts on the opposite side.
Die Erfindung soll nachstehend an AusfSiirungsbeispielen erläutert werdenThe invention will be explained below with reference to exemplary embodiments
Dabei zeigen Show
piezoresistiven Vollbrücken des erfindungsgemäß ausgeführten Durcksensors, Fig. 6,7 und 8: andere Varianten für erfindungsgemäß ausgeführte Drucksensoren und die Abhängigkeit des Linearitätsfehlers von der Empfindlichkeit bei einem erfindungsgemäß ausgeführten Drucksensor.piezoresistive full bridges of the pressure sensor according to the invention, FIGS. 6, 7 and 8: other variants for pressure sensors designed according to the invention and the dependence of the linearity error on the sensitivity in a pressure sensor designed according to the invention.
Entsprechend den Fig. 1 und 2 besteht der erfindungsgemäß ausgeführte Drucksensor aus einem Einspannrahmen 1, der eine rechteckförmige oder quadratische Druckplatte 3 trägt, wobei die Druckplatte 3 konzentrisch ein rechteckiges oder quadratisches biegesteifes Zentrum 2 aufweist. Der Einspannrehmen 1, die Druckplatte 3 und das biegesteife Zentrum 2 bestehen aus dem gleichen Halbleitermaterial, vorzugsweise Silizium, wobei die Druckplatte monolithisch durch Abdünnen des Halbleitersubstrates, ζ. B. durch naßchemisches Ätzen, hergestellt wurde. Die Dicke des biegesteifen Zentrums 2 ist gleich oder kleiner als die des Einspannrandes 1, jedoch mindestens um den Faktor 2 größer als die der Druckplatte 3. Die Druckplatte 3 weist zum Einspannrand 1 hin einen äußeren Rand β und zum biegesteifen Zentrum 2 hin einen inneren Rand 7 auf. In oder auf der Druckplatte 3 liegen zwei piezoresistive Vollbrücken 4 und 5, die aus jeweils vier Widerständen 4 a bis d bzw. 5 a bis d bestehen, wobei erfindungsg.tmäß1 and 2, the pressure sensor embodied according to the invention consists of a clamping frame 1, which carries a rectangular or square printing plate 3, the pressure plate 3 concentrically having a rectangular or square bending-resistant center 2. The Einspannrehmen 1, the pressure plate 3 and the rigid center 2 consist of the same semiconductor material, preferably silicon, wherein the pressure plate monolithically by thinning of the semiconductor substrate, ζ. B. by wet chemical etching was prepared. The thickness of the rigid center 2 is equal to or smaller than that of Einspannrandes 1, but at least by a factor of 2 greater than that of the pressure plate 3. The pressure plate 3 has the clamping edge 1 towards an outer edge β and the rigid center 2 toward an inner edge 7 on. In or on the pressure plate 3 are two piezoresistive full bridges 4 and 5, which consist of four resistors 4 a to d or 5 a to d, wherein erfindungsg.tmäß
- von den vier Widerständen der Brücken 4 bis 5 jeweils zwei Längs widerstände (4 ?, 4 b bzw. 5 a, 5 b) und zwei Querwiderstände (4c,4dbzw.5c,5d)sind,- Of the four resistors of the bridges 4 to 5 in each case two longitudinal resistors (4 ?, 4 b and 5 a, 5 b) and two transverse resistances (4 c , 4 dbzw.5 c, 5 d) are,
- sich entsprechende Längs- und Querwiderstände der Brücken 4 und 5 gleiche Abmessungen besitzen und symmetrisch zur Mitte der Druckplatte 3 liegen, d. h. gleichen Abstand vom äußeren Rand 6 bzw. inneren Rand 7 besitzen.- Have corresponding longitudinal and transverse resistances of the bridges 4 and 5 have the same dimensions and are symmetrical to the center of the pressure plate 3, d. H. have the same distance from the outer edge 6 and inner edge 7.
Die Widerstände der Brücken 4 und 5 sind bevorzugt in der Mitte oder in der Nähe der Mitte der langen Seiten der Druckplatte 3 angeordnet. Gemäß Fig.3 dient die piezoresistive Vollbrücke 4 zur Messung des Druckes auf die Widerstandseite 8, des Drucksensors für -pN s ρ £ 0, während, wie in Fig.4 gezeigt, die piezoresistive Vollbrücke 5 zur Messung des Druckes auf die den Widerständen abgewandte Seite 9 des Drucksensors für Osps +pN dient.The resistances of the bridges 4 and 5 are preferably arranged in the middle or near the middle of the long sides of the pressure plate 3. According to FIG. 3, the piezoresistive full bridge 4 serves for measuring the pressure on the resistance side 8, the pressure sensor for -pN s ρ 0, while, as shown in FIG. 4, the piezoresistive full bridge 5 for measuring the pressure faces away from the resistors Page 9 of the pressure sensor for Osps + p N is used.
Die Ausgangsspannung des Drucksensors ergibt sich entsprechend Bild 5 als Ausgangsspannung der Brücke 4 am äußeren Rand β der Druckplatte 3, wenn der Meßdruck auf die Widerstandsseite 8 der Sensor wirkt, und als Ausgangsspannung der Brücke 5 am inneren Rand 7 der Druckplatte 3, wenn der Meßdruck auf die entgegengesetzte Seite 9 des Sensors wirkt. Dazu wird das Absinken der Ausgangsspannung einer Brücke, x. I). der Brücke 5, unter den Wert der Ausgangsspannung bei Fehlen der Druckbelastung des Sensors durch einen Komparator 10 ausgewertet und das Umschalten der Ausgangsspannung des Sensors auf die Ausgsngsspannung der Brücke 4 ausgelöst. Bei Ansteigen der Ausgangsspannung der Brücke 5 über den Wert für ρ «Ό wird durch den Komparator der Schalter 11 so betätigt, daß die Ausgangsspannung des Drucksensors die Ausgangsspannung der Brücke 5 ist.The output voltage of the pressure sensor results according to Figure 5 as the output voltage of the bridge 4 on the outer edge of the pressure plate 3 ß, when the measuring pressure on the resistance side 8 of the sensor acts, and the output voltage of the bridge 5 at the inner edge 7 of the pressure plate 3, when the measuring pressure acts on the opposite side 9 of the sensor. For this purpose, the drop in the output voltage of a bridge, x. I). the bridge 5, evaluated under the value of the output voltage in the absence of the pressure load of the sensor by a comparator 10 and the switching of the output voltage of the sensor to the Ausgsngsspannung the bridge 4 triggered. When the output voltage of the bridge 5 rises above the value for ρ << durch, the switch 11 is actuated by the comparator so that the output voltage of the pressure sensor is the output voltage of the bridge 5.
In den Fig.β und 7 sind weitere Varianten erfindungsgemäß ausgeführter Drucksensoren dargestellt. So zeigt Fig. β Widerstandestrukturen für die Brücken 4 und 6, bei denen die vier Einzelwiderstände räumlich konzentriert angeordnet sind. Die jeweils zwei Längs- und Querwiderstände befinden sich in der Nähe der Mitte einer langen Seite der Druckplatte 3. Fig. 7 zaigt eine Ausführungsvariante, bei der die Druckplatte 3 sehr dünne Bereiche 3 a, die der Druckabdichtung dienen, und um einen Faktor 2...50 dickere Bereiche 3b, die die Nachgiebigkeit der Druckplatte 3 bestimmen, aufweist. Die mit dem erfindungsgemäß ausgeführten Drucksensor angestrebte Linearitätsfehlerverringerung im symmetrischen Nenndruckbereich -pN... +Pn ist für den Drucksensor nach Fig. 6 in Fig.8 dargestellt. Die quadratische Druckplatte 3 besteht aus monokristallinem (lOO)-orientiertem η-Silizium, wobei die Kanten der Platte 3 und die Widerstände der piezoresistiven Brücken 4 und S in den kristallogrofischen <110>-Richtungen liegen. Die piezoresistiven Widerstände sind p-dotiert und weisen einen spezifischen Widerstand von 65mO an auf. Fig. 8b zeigt die Abhängigkeit des Linearitätsfehlers /FL/ von der Empfindlichkeit bu,p. Der Linearitätsfehler /FL/ stellt dabei den für die Druckbereiche -pN...O und 0... +Pn maximalen endwertbezogenen Sekantenfehler dar, während die Empfindlichkeit bu,p das Verhältnis aus Sensorausgangsspannung bei Nenndruck Pn und Speisespannung (Jo der Vollbrücken 4 und 5 angibt. Die ausgezogene Linie in Bild 8b stellt die Abhängigkeit für den erfindungsgemäßen Drucksensor dar, während zum Vergleich die Strichlinie die Abhängigkeit für einen herkömmlichen Sensor zeigt, der nur eine Brücke in Bereich der Druckplatte 3 aufweist. Da infolge erfindungsgemäßer Ausführung im Linearitätsfehlerverlauf durch Eigenkompensation im Sjnsor für vorteilhafte Abmessungen der Widerstände der Brücken 4 und S, der Breite und der Dicke der Druckplatte 3 und den Abmessungen des biegesteifen Zentrums 2 ein lokales Minimum im LinearitStsfehlerverlauf auftritt, sind Verringerungen des Linearitätsfehlers im Vergleich zu herkömmlichen Linearitäsfehlern bis zu einer Größenordnung möglich.FIGS. 6 and 7 show further variants of pressure sensors designed according to the invention. Thus, FIG. 3 shows resistance structures for the bridges 4 and 6, in which the four individual resistances are spatially concentrated. The two longitudinal and transverse resistances are located near the middle of a long side of the pressure plate 3. Fig. 7 taigt a variant in which the pressure plate 3 very thin areas 3 a, which serve the pressure seal, and by a factor of 2. ..50 thicker areas 3b, which determine the compliance of the pressure plate 3 has. The linearity error reduction in the symmetrical nominal pressure range -p N ... + Pn aimed at with the pressure sensor according to the invention is shown for the pressure sensor according to FIG. 6 in FIG. The square printing plate 3 consists of monocrystalline (100) -oriented η-silicon, wherein the edges of the plate 3 and the resistors of the piezoresistive bridges 4 and S are in the crystallographic <110> directions. The piezoresistive resistors are p-doped and have a resistivity of 65mO. Fig. 8b shows the dependence of the linearity error / FL / on the sensitivity bu, p. The linearity error / FL / represents the maximum end value related secant error for the pressure ranges -p N ... O and 0 ... + Pn, while the sensitivity bu, p the ratio of sensor output voltage at nominal pressure Pn and supply voltage (Jo of the full bridges 4 The solid line in Figure 8b represents the dependency for the pressure sensor according to the invention, while for comparison, the dashed line depicts the dependency for a conventional sensor having only a bridge in the area of the pressure plate 3. As a result of the inventive design in the linearity error course Self-compensation in the Sjnsor for advantageous dimensions of the resistances of the bridges 4 and S, the width and the thickness of the pressure plate 3 and the dimensions of the rigid center 2 a local minimum occurs in LinearitStsfehlerverlauf are reductions in linearity error compared to conventional Linearitäsfehlern to an order of magnitude Lich.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD33086689A DD286222A5 (en) | 1989-07-17 | 1989-07-17 | PIEZORESISTIC PRESSURE SENSOR WITH BENDING CENTER |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DD33086689A DD286222A5 (en) | 1989-07-17 | 1989-07-17 | PIEZORESISTIC PRESSURE SENSOR WITH BENDING CENTER |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD286222A5 true DD286222A5 (en) | 1991-01-17 |
Family
ID=5610912
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DD33086689A DD286222A5 (en) | 1989-07-17 | 1989-07-17 | PIEZORESISTIC PRESSURE SENSOR WITH BENDING CENTER |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD286222A5 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006032266A1 (en) * | 2006-07-12 | 2008-01-17 | Infineon Technologies Ag | A sensor component |
| DE102006062222A1 (en) * | 2006-12-22 | 2008-06-26 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Differential pressure sensor, has silicon chip with deformation-dependent resistor units of measuring circuits positioned so that deformation-dependent signals of circuits have different dependency ratios of static and differential pressure |
-
1989
- 1989-07-17 DD DD33086689A patent/DD286222A5/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006032266A1 (en) * | 2006-07-12 | 2008-01-17 | Infineon Technologies Ag | A sensor component |
| DE102006062222A1 (en) * | 2006-12-22 | 2008-06-26 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Differential pressure sensor, has silicon chip with deformation-dependent resistor units of measuring circuits positioned so that deformation-dependent signals of circuits have different dependency ratios of static and differential pressure |
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Legal Events
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