SU1073560A1

SU1073560A1 - Strain-gauge converter

Info

Publication number: SU1073560A1
Application number: SU823477157A
Authority: SU
Inventors: Юрий Аркадьевич Зеленцов; Владислав Викторович Ульянов; Константин Иванович Афанасьев
Original assignee: Предприятие П/Я А-1891
Priority date: 1982-06-08
Filing date: 1982-06-08
Publication date: 1984-02-15

Abstract

ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий упругую мембрану с размещенными на ней диффузионными тензорезисторами и калибровочными резисторами, включенными в мостовую схему, причем калибровочные резисторы выполнены с приливами vi окнами под металлизацию в последних, отличающийс тем, что с целью повышени точности преобразовани , он снабжен по крайней мере одним высоколегированным диффузионным слоем с приливёми и окнами под металлизацию в последних, размещенным между мембраной и калибровочными резисторами, а приливы калибровочных резисторов расположены поверх приливов высоколегированного сло и повтор ют их форму.A TRANSMITTER, containing an elastic membrane with diffusion strain gages placed on it and calibration resistors included in the bridge circuit, and the calibration resistors are made with tides vi windows for metallization in the latter, characterized by the fact that in order to improve the accuracy of conversion, it is equipped with at least one highly alloyed a diffusion layer with flushes and windows for metallization in the latter, placed between the membrane and the calibration resistors, and the tides of the gauge cuttings tori are arranged on top of a highly tides layer and repeating their shape.

Description

Изобретение относитс к измерительной технике, а именно, к тензопреобразовател м дл измерени .деформации.The invention relates to a measurement technique, namely, strain gauges for measuring deformation.

Известен тензопреобразователь, содержащий упругий элемент с размещенными на нем диффузионными тензорезисторами и калибровочными резисторами, включенными в мостовую .схему, с окнами дл омических контактов в последних 1. A strain gauge is known that contains an elastic element with diffusion strain gages placed on it and gauge resistors included in the bridge circuit with windows for ohmic contacts in the last 1.

Недостатком данного тензопреобразовател вл етс низка точность преобразовани , что св зано с температурной нестабильностью балансировки моста из-за того, что при включении более двух соседних калибровочных резисторов в мостовую схему в зоне прохождени электрического тока оказываетс нерабоча приконтактна область . Указанна область представл ет собой параллельное соединение сопротивлений перехода кремний-металл и диффузионного сло , прилегающего к металлическому контакту . Обш.ее сопротивление приконтактной области имеет иную, чем у тензорезисторов, температурную зависимость, что при изменении температуры приводит к нарущению баланса моста и по влению погрешностей в результате измерени .The disadvantage of this strain gauge is the low conversion accuracy, which is related to the temperature instability of balancing the bridge due to the fact that when more than two adjacent calibration resistors are connected to the bridge circuit, there is an inactive contact area in the electric current passage area. This region is a parallel connection of the resistances of the silicon-metal transition and the diffusion layer adjacent to the metal contact. The general resistance of the contact area has a different temperature dependence than that of the strain gauges, which, with a change in temperature, leads to disruption of the balance of the bridge and the appearance of errors as a result of measurement.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту вл етс тензопреобразователь, содержащий упругую мембрану с размещенными на ней диффузионными тензорезисторами и калибровочными резисторами, включенными в мостовую схему, причем калибровочные резисторы выполнены с приливами и окнами под металлизацию в последних 2.The closest to the invention in technical essence and the achieved effect is a strain gauge containing an elastic membrane with diffusion strain gauges and calibration resistors included in the bridge circuit, the calibration resistors are made with tides and windows for metallization in the last 2.

Недостатком известного тензопреобразовател вл етс сравнительно низка точность преобразовани , что св зано с искривлением линий прохождени электрического тока через калибровочный резистор из-за бокового расположе-ни по отношению к последнему омического контакта, в св зи с чем затрудн етс настройка тензопреобразовател по начальному выходному сигналу , св занна с низкой точностью получени номинальной величины сопротивлени калибровочного резистора, топологический расчет которого проводитс по номограмма .м, а также возникает температурна погрешность начального выходного сигнала, поскольку калибровочный резистор в этом случае вл етс сопротивлением растекани (ст гивани ), температурна зависимость которого отличаетс от такой же зависи .мости дл тензорезисторов по причине перераспределени плотности линий прохождени электрического тока. .A disadvantage of the known strain gauge is the comparatively low conversion accuracy, which is associated with the curvature of the electric current passing through the calibration resistor due to its lateral position in relation to the last ohmic contact, which makes it difficult to adjust the strain gauge by the initial output associated with a low accuracy of obtaining the nominal value of the resistance of the calibration resistor, the topological calculation of which is carried out according to the nomogram, as well as The temperature error of the initial output signal hides, since the calibration resistor in this case is a spreading resistance, the temperature dependence of which differs from the same dependence for resistance strain gages due to the redistribution of the density of the electric current transmission lines. .

Цель изобретени - оовыщение точности преобразовани .The purpose of the invention is to improve the accuracy of the conversion.

Указанна цель достигаетс тем, что тензопреобразователь , содержащий упругую мембрану с размещенными на ней диффузионными тензорезисторами и калибровочными резисторами, включенными в мостовуюThis goal is achieved by the fact that a strain gauge containing an elastic membrane with diffusion strain gages placed on it, and calibration resistors included in the pavement

схему, причем калибровочные резисторы выполнены с приливами и окнами под металлизацию в последних, снабжен, по крайней мере одним высоколегированным диффузионным слоем с приливами и окнами под металлизацию в последних, размещенным между мембраной и калибровочными резисторами , а приливы калибровочных резисторов расположены поверх приливов высоколегированного сло и повтор ют их форму.the circuit, with calibration resistors made with tides and windows for metallization in the latter, is provided with at least one high-alloyed diffusion layer with tides and windows for metallization in the latter placed between the membrane and the calibration resistors, and the tides of calibration resistors are located above the tides of the high-alloy layer and their shape is repeated.

На фиг. 1 показан тензопреобразователь, вид сверху; на фиг. 2 - сечение тензопреобразовател в зоне дополнительного сло , вдоль его; на фиг. 3 - то же, поперек этого сло ; на фиг. 4 - принципиальна схема тензопреобразовател .FIG. 1 shows a strain gauge, top view; in fig. 2 - cross section of strain gauge in the zone of the additional layer, along it; in fig. 3 - the same, across this layer; in fig. 4 is a schematic diagram of a strain gauge.

5 Тензопреобразователь содержит упругую мембрану 1 с размещенными на ней диффузионными тензорезисторами 2-5 и калибровочными резисторами 6-9 и 10- 13. Материалом дл изготовлени упругой мембраны может служить, например, крем0 НИИ марки КЭФ-4 с концентрацией исходной примеси около 10 атом/см , Тензорезисторы 2-5 и калибровочные резисторы 6-9 и 10-13 выполнены из одного материала с концентрацией исходной примеси5 A strain transducer contains an elastic membrane 1 with diffusion strain gages 2-5 and calibration resistors 6-9 and 10-13 placed on it. For example, cream of a KEF-4 scientific research institute with an initial impurity concentration of about 10 atom / can serve as a material for manufacturing an elastic membrane. cm, strain gages 2-5 and calibration resistors 6-9 and 10-13 are made of the same material with the concentration of the original impurity

5 (1-3)10 атом/см, котора выбрана из услови обеспечени минимального изменени сопротивлени и чувствительности тензорезисторов от воздействи окружающей температуры. Калибровочные резисторы 6-9 и 10-13 соединены кажда группа5 (1-3) 10 atom / cm, which is selected from the condition that the minimum resistance and sensitivity of the strain gauges are affected by ambient temperature. Calibration resistors 6-9 and 10-13 are connected to each group.

0 последовательно с высоколегированными диффузионными сло ми 14 и 15 с приливами 16, размещенными по обе стороны от каждого резистора. Высоколегированные слои 14 и 15 и приливы 16 выполнены из того же материала, что и тензорезисторы и калибровочные резисторы, но с повышенной концентрацией примеси (2-5)10 атом/см. В приливах 16 выполнены окна 17 под контакт металлизации с материалом высоколегированных слоев 14 и 15. Через окна 17 приливы 16 у каждого резистора соединены0 in series with highly alloyed diffusion layers 14 and 15 with tides 16 placed on both sides of each resistor. The high alloy layers 14 and 15 and the tides 16 are made of the same material as the resistance strain gauges and calibration resistors, but with an increased impurity concentration (2-5) 10 atom / cm. In tides 16, windows 17 are made for contacting the metallization with the material of high-alloyed layers 14 and 15. Through windows 17, tides 16 at each resistor are connected

между собой металлизированными перемычками и 21-23, которые изолированы от материала высоколегированных слоев 14 и 15 защитным слоем 24, например, из двуокиси кремни . Перемычки 18, 19 и 20 between themselves metallized bridges and 21-23, which are isolated from the material of high-alloyed layers 14 and 15 of the protective layer 24, for example, from silicon dioxide. Jumpers 18, 19 and 20

г соединены между собой металлизированной полоской 25, а перемычки 21, 22 и 23 - металлизированной полоской 26.g are interconnected by a metallized strip 25, and bridges 21, 22 and 23 - by a metallized strip 26.

Тензопреобразователь настраивают путем перерезани .металлизированных перемычек 18-23 и подключени в то или иное плечо мостовой схемы необходимого числа калибровочных резисторов 6-13. В случае подключени двух соседних калибровочных резисторов (например, 6 и 7 на фиг. 2) к величине сопротивлений калибровочных С резисторов добавл етс сопротивление высоколегированного сло 14 или 15, имеющее величину около 1 Ом, которое необходимо учитывать при балансировке моста по начальному выходному сигналу и которое определ етс по формуле г -|-/ ,The strain gauge is tuned by cutting the metallized jumpers 18–23 and connecting the required number of calibration resistors 6–13 to one shoulder or another of the bridge circuit. If two adjacent calibration resistors are connected (for example, 6 and 7 in Fig. 2), the resistance of the high-alloyed layer 14 or 15 is added to the resistance value of the calibration C resistors, having a value of about 1 Ohm, which must be taken into account when balancing the bridge on the initial output signal and which is defined by the formula r - | - /,

где Р-ширина высоколегированного сло where P is the width of the high-alloy layer

14 или 15; t - ширина одного из калибровочных14 or 15; t is the width of one of the gauge

резисторов 6-13;resistors 6-13;

f - удельное поверхностное сопротивление высоколегированного сло 14 или 15.f is the specific surface resistance of the high-alloy layer 14 or 15.

Так как указанное сопротивление высоколегированного сло 14 или 15 из-за высокого содержани примеси имеет высокую термостабильнбсть, оно не оказывает негативного вли ни на температурную погрешность начального выходного сигнала тензопреобразовател . Кроме того, перераспределение плотности линий прохождени электрического тока через калибровочные резисторы 6-13 при изменении температурыSince the indicated resistance of the high-alloyed layer 14 or 15, due to the high impurity content, has a high thermal stability, it does not adversely affect the temperature error of the initial output signal of the strain gauge. In addition, the redistribution of the density of the lines of the passage of electric current through the calibration resistors 6-13 with temperature changes

незначительно, а, отсюда, также незначительно его вли ние на изменение начального выходного сигнала. Таким образом, в целом , температурна погрешность будет невелика .slightly, and, hence, its influence on the change in the initial output signal is also insignificant. Thus, in general, the temperature error will be small.

Тензопреобразователь работает следуюшим образом.Tension converter works as follows.

При приложении усили к упругой мембране 1 последн деформируетс , вместе с ней деформируютс и тензорезисторы 2-5, баланс моста нарушаетс и на его выходе по вл етс сигнал, регистрируемый вторичным измерительным прибором (не показан).When a force is applied to the elastic membrane 1, the latter is deformed, and the resistance strain gages 2-5 are deformed along with it, the balance of the bridge is disturbed and a signal is detected at its output, recorded by a secondary measuring device (not shown).

Применение изобретени позвол ет повысить точность измерений за счет повышени точности настройки преобразовател по начальному выходному сигнадту, снижени его температурной погрешности и упрощени топологии калибровочных резисторов .The application of the invention makes it possible to increase the measurement accuracy by increasing the accuracy of tuning the converter with respect to the initial output signal, reducing its temperature error and simplifying the topology of the calibration resistors.

2/7 2/7

Claims

A strain gauge containing an elastic membrane with diffusion strain gauges placed on it and calibration resistors included in the bridge circuit, and the gauge ^! the alignment resistors are made with tides and windows for metallization in the latter, characterized in that in order to increase the conversion accuracy, it is equipped with at least one highly alloyed diffusion layer with tides and windows for metallization in the latter, located between the membrane and calibration resistors, and the calibration tides resistors are located on top of the tides of a highly alloyed layer and repeat their shape.

>