Цель изобрете.ни - повышение точ ности измерений за счет уменьшени температурной погрешности. Поставленна цель достигаетс тем, что в термокомпенсированном -интегральном датчике давлений по пе вому варианту, содержащем жестко за-, деланную в основании мембрану , выпол ненную из монокристалличрского мате риала, с расположенными на ней полу проводниковыми тензочувствительными нагревательными и термочувствительными элементами, термочувствительны элементы расположены на основании ме мбраны, а тензочувствительные эле менты выполнены с длиной, не превышающей О, 05CL и расположены от центpa мембраны на рассто 1ние, выбранном из соотношени 0,,5 нагревательные элементы расположе ны 3 центральной части мембраны на.площади, центр- которой совпадает с центром мембраны, а рассто ние о центра мембраны по линии контура площади определ етс соотношением с /oi ,0 , 2 , где а. сторона квадратной или диаметр круглой мембраны; b - рассто ние от центра мем .браны до линии контура расположени тензочувстеительных элементов; . с - рассто ние от -центра мемб-: раны до линии контура площади расположени нагревательных элементов. В термокомпенсированном и теграль ном датчике давлени по второму варианту ,. содержащем жестко заделанную в основании мембрану, выполненную . из монокристаллического материала, с расположенными на ней полупро.воднико выми тензочувствительными, нагревательными и термочувствительными элементами , термочувствительные элемент расположены по основании мембраны,. тензочувствительные элементы выполне ны с длиной, не превышающей 0,05а , и расположёны в центральной части мембраны на площади, центр которой совпадает с центром мембраны, а рассто ние от центра мембраны до линии контура площади определ етс соотношен 1ем 0 bj/c5(:o ,05 , нагревательные элементы расположены от центра мембраны на рассто нии, определ емом соотношением 0,3/ гце а - сторона квадратной или диаметр круглой мамбраны; Ъ - рассто ние от центра мембраны до линии контурЪ площади расположени тензочувствительных элементов; с - рассто ние от центра мембраны До линии контура расположени нагревательных элементов . На фиг.1 изображен термокомпенсированный интегральный датчик по первому варианту;на фиг. 2 - тоже, по второму варианту. : УстройЬтво содержит основание 1, в котором жестко заделана мембрана 2 из монокристаллического кремни (100) . с расположенными на ней термочувствительными 3, тензочувствительными 4 и нагревательными 5 элементами, измерительный мост 6, усилитель 7 и регулирующий элемент 8. Терморезистор. 3расположен на нечувствительном к давлению основании 1, не воспринимает теплоту от нагревательных резисторов 5 и реагирует только на изменение температуры окружающей среда. Тензорезисторы 4 р-типа проводимости ориентированы в плоскости мембраны 2 в направлении максимальной тензочувствительности 110 , соедине1НЫ в мостовую измерительную схему, {расположены между линией 9 заделки и линией на поверх ности мембраны, эквидистантной линии конутра мембраны в заделке и отсто щей от центра мембраны на .рассто нии 0,45 0,5й, где а - сторона квадратной или диаметр круглой мембраны. Размер длины тензорезистора составл ет не более , Q,5cii. Нагревательные резисторы. 5 р-типа проводимости орентированы в плоскости мембраны 2 в направлении минимальной тензочувствительности 100, чем обеспечиваетс их невосприимчивость к деформа.ции мембраны, расположены в центральной области мембраны на участке площади, центр которой совпадает с центром меглбраны, и лини контура 10 которой эквидистантна линии контура мембраны в заделке 9, а рассто ние с от центра мембраны до линии контура 10 указанной площади равно ,2с( . В качествемонокристаллического материала мембраны 2 по второму варианту используетс кремний р-типа проводимости с плоскостью кристаллографической ориентации 100 . На мембране 2 расположены термочувствительные 3, тензочувствительные 4 и нагревательные 5 элементы. Устройство также содержит измерительный мост 6, усилитель 7 и регулирующий элемент 8. Терморезистор 3, как и в первом варианте устройства,, расположен на нечувствительном к давлению основании 1, не воспринимает теплоту от нагревательных резисторов 5 и реагирует только на изменение температуры окружающей среды. Нагревательные резисторы 5 ориентированы -в плоскости мембраны 2 в направлении минимальной тензочувст|ВЙтельности 110, чем обеспечиваёт с их невосприимчивость к деформацииThe purpose of the invention is to improve the accuracy of measurements by reducing the temperature error. The goal is achieved by the fact that in the temperature-compensated-integrated pressure sensor according to the first variant, which contains a rigidly built-in membrane, made of a single crystal material, with a semiconductor strain-sensitive heating and temperature-sensitive elements located on it, temperature-sensitive elements and elements that are located on the base of the semiconductor heating and temperature-sensitive elements, the elements of the elements located on the base of the semiconductor heating and temperature-sensitive elements, the temperature-sensitive elements and the temperature-sensitive elements on it. the base of the membrane, and the strain-sensitive elements are made with a length not exceeding 0.05CL and are located from the center of the membrane for a distance selected from the ratio Oseni 0,, 5 heating elements are located 3 central parts of the membrane on an area whose center coincides with the center of the membrane, and the distance about the center of the membrane along the contour line of the area is determined by the ratio c / oi, 0, 2, where a. square side or diameter of a circular membrane; b is the distance from the center of the mem brane to the contour line of the location of stress-sensing elements; . c is the distance from the membrane center: wounds to the contour line of the area of the heating elements. In a temperature compensated and tegral pressure sensor according to the second variant,. containing rigidly embedded in the base of the membrane, made. From a single-crystal material, with semi-water-containing strain-sensitive, heating and temperature-sensitive elements located on it, the temperature-sensitive elements are located along the base of the membrane. stress-sensitive elements are made with a length not exceeding 0.05a, and are located in the central part of the membrane on an area whose center coincides with the center of the membrane, and the distance from the center of the membrane to the contour line of the area is determined by the ratio of 1 0 bj / c5 (: o , 05, heating elements are located from the center of the membrane at a distance determined by the ratio 0.3 / Hz, a is the square side or diameter of a round mambran; b is the distance from the center of the membrane to the contour line of the area of the stress-sensitive elements; The center of the membrane is up to the contour line of the heating elements. Figure 1 shows the temperature-compensated integral sensor in the first embodiment; Fig. 2 also shows the second option.: The device contains a base 1, in which a membrane 2 of monocrystalline silicon is rigidly embedded (100 ) with temperature-sensitive 3 located on it, resistance-sensitive 4 and heating 5 elements, measuring bridge 6, amplifier 7 and regulating element 8. Thermistor. 3 is located on a pressure-insensitive base 1, does not absorb heat from the heating resistors 5 and responds only to a change in ambient temperature. Strain gages 4 of p-type conductivity are oriented in the plane of membrane 2 in the direction of maximum strain sensitivity 110, connected to a pavement measuring circuit, {located between line 9 of the embedment and line on the membrane surface, equidistant line of the membrane contour in the embedment and spaced from the center of the membrane on. a distance of 0.45 0.5 y, where a is the square side or diameter of a circular membrane. The length of the strain gauge is not more than, Q, 5cii. Heating resistors. The 5 p-type conductivities are oriented in the plane of the membrane 2 in the direction of the minimum strain sensitivity 100, which ensures their immunity to deformation of the membrane, are located in the central region of the membrane in the area of the square whose center coincides with the center of the meglofran, and the contour line 10 of which is equidistant contour lines the membrane in the seal 9, and the distance from the center of the membrane to the contour line 10 of the specified area is equal to 2 s (. As the monocrystalline material of the membrane 2 according to the second variant, p-type silicon is used conductivity with a plane of crystallographic orientation 100. Temperature sensitive 3, strain gage 4 and heating 5 elements are located on the membrane 2. The device also contains a measuring bridge 6, an amplifier 7 and a regulating element 8. Thermistor 3, as in the first device variant, is located on an insensitive to pressure base 1, does not perceive the heat from the heating resistors 5 and responds only to changes in ambient temperature. The heating resistors 5 are oriented in the plane of the membrane 2 in the direction of the minimum strain gauge | Uytelnosti 110, which ensures their resistance to deformation
мембраны,расположены по контуру мембраны между заделкой 9 и линией, отото щей от центра мембраны на рассто нии ,З .membranes are located along the contour of the membrane between the embedment 9 and the line that is separated from the center of the membrane at a distance of 3.
Тензорезисторы 4 выполнены длиной не превьниающей 0,05а , ориентированы в плоскости мембраны 2 в направлении максимальной тензочуветвительности 100, соединены в мостовую измерительную схему, расположены в центральной области мембраны на участке площади, центр которой совпадает с центром мембраны и лини конутра 10 которой эквидистантна линии контура мембраны в заделке 9, а расс о ние Ъ от центра мембраны до линии контура указанной площади определ етс соотношением О ,05. The strain gauges 4 are made not exceeding 0.05a in length, are oriented in the plane of membrane 2 in the direction of maximum strain gage 100, are connected to a pavement measuring circuit, are located in the central area of the membrane in a portion of the area whose center coincides with the center of the membrane and the line of contour 10 of which is equidistant contour lines the membrane in the seal 9, and the dispersion b from the center of the membrane to the contour line of the specified area is determined by the ratio O, 05.
Работа устройства происходит следующим образом.The operation of the device is as follows.
В исходном состо нии при тарировочнрй температуре сигнал на выходе термочувствительного измерительного моста б и усилител 7 равен нулю, выход регулирующего элемента 8 закрыт и ток через нагревательные резисторы 5 не протекает. Выходной сигнал датчика будет пропорционален измер емому давлению.In the initial state, at the calibration temperature, the signal at the output of the temperature-sensitive measuring bridge b and amplifier 7 is zero, the output of the regulating element 8 is closed and the current through the heating resistors 5 does not leak. The output of the sensor will be proportional to the measured pressure.
При повышении температуры окружатющей среды выходной сигнал датчика будет отличатьс от выходного сигнала при тарировочной температуре, вследствие температурной зависимости сопротивлени и коэффициента тензочувствительности тензорезисторов 4. Одновременно с выхода термочувствительного моста 6 сигнал,пропорциональный температуре окружающей среды, поступает на вход усилител 7, где усиливаетс и подаетс на вхо регулирующего элемента 8, который, в свою очередь, открываетс и регулирует .величину тока, протекающего через нагревательные резисторы 5. Выдел ема на нагревательных резистора 5 теплота создает строго однонаправленный градиент температуры по толщине и стороне мембраны, который направлен от цен-тра мОмбраны к заделке 9 (,во втором варианте устройства градиент температуры по толщине и стороне мембраны направлен от заделки 9 к центру мембраны). Воз никбиощий при этом за счет термоупругих напр жений момент вызывает про гиб мембраны 2 и по вление дополнительньюс компенсационных механическихнапр жений . Тензорезисторы 4 воспринимают эти компенсационные напЕ жени сопротивление их измен етс . Таким образом,предлагаемое устройство позвл ет скомпенсировать температурную погрешность датчика и тем самым повысить точность измерений при изменении температуры окружающей среды. . When the ambient temperature rises, the sensor output signal will differ from the output signal at the calibration temperature, due to the temperature dependence of the resistance and the strain sensitivity coefficient of the resistance strain gages 4. At the same time, from the output of the temperature-sensitive bridge 6, the signal proportional to the ambient temperature is fed to the input of amplifier 7, where it is amplified and supplied on the input of the regulating element 8, which, in turn, opens and regulates the magnitude of the current flowing through the heater resistors 5. The heat generated by the heating resistors 5 creates a strictly unidirectional temperature gradient across the thickness and side of the membrane, which is directed from the center of the membrane to the embedment 9 (in the second version of the device the temperature gradient along the thickness and side of the membrane is directed from the embedding 9 to center of the membrane). At the same time, due to thermoelastic stresses, the moment of momentum causes the membrane 2 to flex and the appearance of additional compensatory mechanical stresses. Strain gages 4 perceive these compensating pressures. Their resistance varies. Thus, the proposed device allows to compensate for the temperature error of the sensor and thereby improve the measurement accuracy when the ambient temperature changes. .