RO108501B1 - Senzor de presiune, piezorezistiv - Google Patents

Abstract

Invenția se referă la modalitatea de realizare a unui senzor de presiune, piezorezistent, indiferent de domeniul de aplicare, într-o construcție modulară și include un subansamblu senzor (A), alcătuit din CIP-ul (1) realizat prin corodare, sub forma de membrană încastrată pe contur, care are, pe partea opusă corodării, cele patru piezorezistențe difuzate și care se montează pe un suport de sticlă (2), prin sudura electrostatică, un inel metalic (3) cu același coeficient de dilatare termică, susținând CIP-ul (1) și suportul (2), ansamblul astfel format, fixându-se prin lipire cu adeziv de un subansamblu suport (B), alcătuit dintr-un suport (4), cu sau fără ștuț, în care sunt fixați niște pini (5), prin intermediul unor izolatori de sticlă (6), legătura electrică CIP-pini făcându-se cu fire de aur (7), identificarea pinilor fiind posibilă printr-un bolț de poziționare (8), subansamblul senzor (A) fiind protejat prin subansamblul capac superior (C) - alcătuit dintr-un capac (9) cu sau fără ștuț, cu sau fără ulei siliconic de protecție (10) și fiind sudat la subansamblul (B) în vid, racordarea la conductele de presiune făcându-se prin subansamblul racord (D), iar legătura electrică cu senzorul se asigură prin subansamblul conector (E).

Description

Invenția se refera la construcția de ansamblu a unui senzor de presiune, care folosește ca element sensibil o structură de siliciu monocristalin cu rezistențe difuzate, bazându-se pe efectul piezorezistiv, asamblată într-o montură, concepută modular, pentru acoperirea oricărei necesități de utilizare.

In scopul măsurării presiunii cu structuri de siliciu monocristalin cu rezistențe difuzate, a căror funcționare se bazează pe efectul piezorezistiv, este cunoscută modalitatea de fixare a structurii pe o ambază clasică de circuit integrat, între structura de ambază montându-se un element cu coeficient de dilatare apropiat de al siliciului. Structura se fixează pe acest element prin sudura electrostatică, iar elementul pe ambază prin lipire cu adeziv.

Dezavantajele construcției constau în dificultățile de realizare a dispozitivelor de racordare la conductă a senzorului, în răspunsul necorespunzător al senzorului la variația de temperatură, prin eforturile suplimentare introduse, cât și în obținerea unui gabarit nespecific aplicațiilor.

Se cunosc, de asemenea, monturi specifice pentru senzori de presiune care folosesc un suport ceramic îmbrăcat într-o capsulă de material plastic. Racorzii sunt fixați pe plăcuța ceramică și înglobați în montura de plastic.

Dezavantajul construcției constă în rezistența redusă a racorzilor la eforturi mecanice accidentale și necesitatea unor adaptări pentru diversele tipuri de conducte existente, cât și necesitatea conectării electrice, prin lipirea cu aliaj de lipit a conductorilor la pini sau a senzorului pe o placă de circuit

Scopul invenției este simplificarea constructivă și diminuarea influenței temperaturii asupra performanțelor senzorului.

Problema pe care o rezolvă invenția este facilitatea utilizării senzorului în măsurarea presiunii, printr-o construcție modulară a monturii acestuia, care să asigure o conectare rapidă și sigură la orice rețea de presiune, cât și conectarea electrică ușoară și sigură.

Senzorul de presiune piezorezistiv, conform invenției, înlătură dezavantajele soluției cunoscute, prin aceea că include un subansamblu senzor, alcătuit dintr-un CIP realizat prin corodare sub formă de membrană încastrată pe contur, care are, pe partea opusă corodării, cele patru piezorezistențe difuzate și care se montează pe un suport de sticlă, prin sudarea electrostatică, un inel metalic cu același coeficient de dilatare termică susținând CIP-ul și suportul, ansamblul astfel format fixându-se, prin lipire cu adeziv, de un subansamblu suport, alcătuit dintrun suport cu sau fără ștuț, în care sunt fixați niște pini, prin intermediul unor izolatori de sticlă, legătura electrică Cippini făcându-se cu fire de aur, identificarea pinilor fiind posibilă printr-un bolț de poziționare; subansamblu senzor- alcătuit dintr-un capac, cu sau fără ștuț, cu sau fără ulei siliconic de protecție și fiind sudat la subansamblu în vid, racordarea la conductele de presiune făcându-se prin subansamblu racord, alcătuit dintr-un suport hexagonal, o piuliță amovibilă, o piesă deformabilă și o piesă de etanșare, dacă racordul se atașează la o conductă rigidă, sau un ștuț, dacă racordarea se face la o conductă flexibilă, piesa deformabilă și piesa de etanșare nemaimontându-se în acest caz, niște știfturi de blocare, asigurate cu inelul elastic, iar legătura electrică cu senzorul, se asigură prin subansamblu conector, alcătuit dintr-un suport, pini, capac, prevăzut cu garnitură, piesele de cauciuc având rolul de a etanșa firele de conexiune, și șuruburile, pentru fixarea capacului pe suport

Prin aplicarea invenției se obțin următoarele avantaje:

- realizarea întregii game de senzori de presiune piezorezistivi, cu un număr restrâns de repere specifice;

-asigurarea conectării sigure și facile a senzorilor la orice· rețea de conducte;

- asigurarea conectării electrice sigure și facile;

- asigurarea unor performanțe superioare în condițiile variațiilor de temperatură.

Se dă în continuare un exemplu de realizare și conectare a unui senzor de presiune, precum și variantele posibil de obținut din elementele modulare, în legătură cu fig. 1...8, care reprezintă:

- fig. 1, vedere de ansamblu, cu secțiune transversală parțială printr-un senzor de presiune, conform invenției, cu posibilități de racordare la o conductă de presiune și de conectare la circuitele electronice;

- fig.2, vedere de ansamblu, cu secțiune parțială a senzorului conform invenției, într-o primă variantă de realizare, pentru măsurarea presiunii diferențiale sau relative;

- fîg.3, vedere de ansamblu, cu secțiune parțială a senzorului conform invenției, într-o a doua variantă de realizare, pentru măsurarea presiunii absolute, prin solicitarea membranei senzorului dinspre partea corodată a acesteia;

- fig.4, vedere de ansamblu, cu secțiune parțială a senzorului, conform invenției, printr-o a treia variantă de realizare, destinată măsurării presiunii absolute, prin solicitarea membranei senzorului dinspre partea necorodată a acesteia;

- fig.5, vedere de ansamblu, cu secțiune parțială a senzorului, conform invenției, a unei prime variante de realizare a unui racord, din elemente modulare, destinat conectării la o conductă tubulară rigidă (țeavă);

- fig.6, vedere de ansamblu și secțiune parțială a senzorului, conform invenției, a unei a doua variante de realizare a unui racord din elemente modulare, destinat conectării la o conducta flexibilă (furtun);

- fig.7, secțiune printr-un conector, destinat asigurării legăturii electrice între senzor și circuitele electronice;

- fig.8, vedere frontală a unui conector, destinat legăturii electrice între senzor și circuitele electronice.

După cum se arată în fig.l, senzorul de presiune piezorezistiv în construcție modulară, conform invenției, este constituit dintr-un subansamblu senzor A, alcătuit din CIP-ul de siliciu 1, realizat prin corodare sub formă de membrană încastrată pe contur, care are, pe partea opusă corodării, difuzate rezistențe și care este sudat pe un suport de sticlă 2, prin sudură electrostatică, un inel metalic 3 cu același coeficient de dilatare termică susținând CIP-ul 1 și suportul 2. Ansamblul astfel format se fixează prin lipire cu adeziv de un subansamblu suport B, alcătuit dintr-un suport 4, cu sau fără ștuț, în care sunt fixați niște pini 5, prin intermediul unor izolatori de sticlă 6, legătura electrică cip-pini făcându-se cu fire de aur 7. Identificarea pinilor este posibilă printr-un bolț de poziționare 8. Subansamblul senzor A este protejat prin subansamblul capac superior C, alcătuit din capacul 9, cu sau fără ștuț, și un ulei siliconic de protecție 10 și se sudează la subansamblul B în vid, în flux de electroni sau electric, prin presiune. Racordarea la conductele de presiune se face prin subansamblul racord D, iar conectarea electrică la circuitele electronice se realizează printr-un conector E și fire de legătură 11.

Pentru măsurarea presiunilor diferențiale - conform fig.2 - subansamblul suport B este prevăzut cu un ștuț filetat 12 de admisie a fluidului pe partea corodată a CIP-ului 1, iar subansamblul capac superior C este prevăzut cu un ștuț filetat 13, pentru admisia fluidului pe partea cu piezorezistență a CIP- ului

1.

Când se vor măsura presiuni absolute, asigurându-se protejarea piezorezistențelor CIP-ului, conform fig.3, admisia fluidului de măsurat se face prin ștuțul 12 al subansamblului suport B, presiunea de referință P=0 asigurându-se prin sudura în vid a capacului 9, nemaifiind necesară introducerea uleiului siliconic

10.

In situația măsurării presiunilor absolute mari, conform fig.4, pentru subansamblul capac superior C se alege variante cu ștuț a capacului 9, iar pentru suban samblul suport B, suportul 4 este ales fără ștuț și sudat în vid la subansamblul C.

Variantele de utilizare a subansamblului racord D sunt prezentate în fig.5 și 6.

Dacă senzorul se racordează la o conductă rigidă (țeavă), conform fig.2, într-un suport hexagonal 13 se introduce o piuliță amovibilă 14, având filetul corespunzător ștuțurilor filetate de la senzor, iar pentru etanșare pe conducta rigidă se folosește o piesă deformabilă

15, etanșarea la senzor făcându-se cu o piesă de etanșare 16. Blocarea piuliței 14 in suportul 13 se realizează cu știf1 urile 17, asigurate cu un inel elastic 19, admisia presiunii făcându-se prin conducta rigidă 20. Dacă este necesară racordarea la o conductă flexibilă - conform fig.6 - într-un subansamblu racord D identic construit, se utilizează un ștuț 21 în locul țevii 20 și a pieselor 15 și

16.

Un subansamblu conector E, conform invenției, prezentat în fig.7 și 8, este alcătuit dintr-un suport 22, în care se introduc pinii 23. Ansamblul lor este protejat cu un capac 24, prevăzut cu garnitura 25 și fixat pe suportul 22, cu ajutorul unor șuruburi 27 (fig-8). Etanșarea firelor de legătură se face prin intermediul a două piese din cauciuc profilat 26 (fig.7).

Claims (4)

1. Revendicări

   1. Senzor de presiune piezorezistiv în construcție modulară, care folosește ca element sensibil o structură de siliciu monocristalin cu rezistențe difuzate, caracterizat prin aceea că include un subansamblu senzor (A), alcătuit din CIP-ul (1) realizat prin corodare sub formă de membrană încastrată pe contur, care are pe partea opusă corodării cele patru piezorezistențe difuzate și care se montează pe un suport de sticlă (2) prin sudura electrostatică, un inel metalic (3) cu același coeficient de dilatere termică susținând CIP-ul (1) și suportul (2), ansamblul astfel format fixându-se prin lipire cu adeziv de un subansamblu suport (B), alcătuit dintr-un suport (4), cu sau fără ștuț, în care sunt fixați niște pini (5), prin intermediul unor izolatori de sticlă (6) legătura electrică cip- pini tăcându-secu fire de aur (7), identificarea pinilor fiind posibilă printr-un bolț de poziționare (8), subansamblul senzor (A) fiind protejat prin subansamblul capac superior (C) - alcătuit dintr-un capac (9), cu sau fără ștuț, cu sau fără ulei siliconic de protecție (10) și fiind sudat la subansamblul (B) în vid, racordarea la conductele de presiune făcându-se prin subansamblul racord (D) - alcătuit dintr-un suport hexagonal (13), o piuliță amovibilă (14) , o piesă deformabilă (15) și o piesă de etanșare (16), dacă racordul se atașează la o conductă rigidă (20) sau un ștuț (21), dacă racordarea se face la o conductă flexibilă (piesa deformabilă) (15) și piesa de etanșare (16) nemaimontându-se în acest caz, niște știfturi de blocare (17) asigurate cu inelul elastic (19) - iar legătura electrică cu senzorul se asigură prin subansamblul conector (E), alcătuit dintr-un suport (22), pini (23) , capac (24), prevăzut cu garnitură (25), piese de cauciuc (26) având rolul de a etanșa firele de conexiune (11) și șuruburile (27), pentru fixarea capacului (24) pe suportul (22).
2. 2. Senzor de presiune piezorezistiv în construcție modulară, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, pentru a permite măsurarea diferențială sau relativă a presiunii, subansamblul suport (B) și subansamblul capac superior (C) sunt prevăzute cu ștuțuri filetate (12).
3. 3. Senzor de presiune piezorezistiv în construcție modulară, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, pentru a permite măsurarea presiunilor

   Ί absolute mai mici de 10 bari, subansamblul suport (B) este prevăzut cu un ștuț (12), iar subansamblul capac superior (C) este închis, fără ștuț, și sudat în vid la subansamblul suport (B). 5
4. 4. Senzor de presiune piezorezistiv în construcție modulară, conform reven8 dicării 1, caracterizat prin aceea că, pentru a permite măsurarea presiunilor absolute mai mari de 10 bari, subansamblul suport (B) este fără ștuț iar subansamblul capac superior (C), prevăzut cu ștuț de admisie a fluidului, este sudat electric prin presiune.