SU1196705A1 - Integral pressure transducer - Google Patents

Integral pressure transducer Download PDF

Info

Publication number
SU1196705A1
SU1196705A1 SU833627137A SU3627137A SU1196705A1 SU 1196705 A1 SU1196705 A1 SU 1196705A1 SU 833627137 A SU833627137 A SU 833627137A SU 3627137 A SU3627137 A SU 3627137A SU 1196705 A1 SU1196705 A1 SU 1196705A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
membrane
center
temperature
silicon
distance
Prior art date
Application number
SU833627137A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Oleg V Yakovlev
Sergej M Zasedatelev
Original Assignee
Univ Bashkirsk
Mvtu Imeni N E Baumana
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
Application filed by Univ Bashkirsk, Mvtu Imeni N E Baumana filed Critical Univ Bashkirsk
Priority to SU833627137A priority Critical patent/SU1196705A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1196705A1 publication Critical patent/SU1196705A1/en

Links

Landscapes

  • Pressure Sensors (AREA)

Description

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для-повышения чувствительности интегральных тензорезисторных преобразователей, предназначенных для измерения малых давлений жидких и газообразных сред.The invention relates to instrument making and can be used to increase the sensitivity of integrated strain gauge transducers, designed to measure small pressures of liquid and gaseous media.

“ Цель изобретения - повышение чувст-. вительности за счет снижения жесткости мембраны. ’“The purpose of the invention is to increase the sensitivity. by reducing the stiffness of the membrane. ’

На фиг.1 изображен интегральный .тензопреобразователь давления; на фиг.2 - узел 1 на фиг.1.Figure 1 shows the integrated pressure transducer; figure 2 - node 1 in figure 1.

Интегральный преобразователь давления содержит монокристалличес- 1 кую кремниевую пластину 1 η-типа , проводимости с плоскостью кристаллографической ориентации (100).The integrated pressure transducer contains a single crystal 1 η-type silicon wafer, conductivity with a plane of crystallographic orientation (100).

В кремниевой пластине 1 толщиной Н и размером 2 анизотропным травле-2 нием выполнено углубление 2, которое образует тонкую мембрану 3, составляющую одно целое с опорным соснованием 4.In the silicon plate 1 with a thickness of H and a size of 2 anisotropic etching-2, a recess 2 is made, which forms a thin membrane 3, which is integral with the supporting pinning 4.

Мембрана 3 представляет собой 2.Membrane 3 is a 2.

утоньшенную кремниевую пластину 5 размером а , на обеих поверхностях которой расположена Термически выращенная пленка 6 двуокиси кремния одинаковой толщины Ь,. Тензочув- 31 ствительные 7, нагревательные 8 и 9 и термочувствительный 10 элементы представляют собой резисторы Р-типа проводимости, полученные диффузией бора в монокристаллическую кремниевую пластину 1..thinned silicon wafer 5 of size a, on both surfaces of which there is a thermally grown silicon dioxide film of the same thickness b ,. Tensionally sensitive 7, heating 8 and 9, and thermosensitive 10 elements are P-type conductivity resistors obtained by diffusing boron into a single-crystal silicon wafer 1.

Тензорезисторы 7 расположены на мембране 3 у заделки, выполнены длиной, не превышающей 0,05 <ί ,ориентированы в плоскости мембраны в направлении максимальной тензочувствительности <. 110 > и соединены в . мостовую измерительную схему, к выходной диагонали которой подводитсяThe strain gauges 7 are located on the membrane 3 at the embedment, are made with a length not exceeding 0.05 <ί, are oriented in the plane of the membrane in the direction of maximum strain sensitivity <. 110> and connected in. pavement measuring circuit, the output diagonal of which is supplied

напряжение питания, а с выходной диагонали снимается сигнал, пропорциональный измеряемому давлению Р.supply voltage, and a signal proportional to the measured pressure R is taken from the output diagonal.

Нагревательные резисторы 8 расположены. в центральной части мембраны 3 на площади, центр которой совпадает с центром мембраны, а расстояние от центра мембраны до линии контура плащади Ь определяется соотношением Ь/а =0,2 причем в пределах указанной плащади резисторы ориентированы в направлении минимальной тензочувствительности <100> с целью устранения воздействия на них деформации мембраны м соединены между собой параллельно.. Нагревательные резисторы 9 расположены на.недеформируемом опорном основании 4 вдоль линии.заделки 11 мембраны 3 и отстоят от центра мембраны на расстоянии с ,, определяемом соотношением С/о| = 0,55» причем общее значение сопротивления нагревательных резисторов 9 равно общему значению сопротивления нагревательных резисторов 8. Терморезистор 10 размещен на мембране 3. между заделкой и контуром площади нагревательных резисторов 8, причем центр терморезистора расположен на линии 12, отстоящей от центра мембраны на раст1 стоянии сЗ , определяемом соотношением <5 (0,5ц + Ь ) = 0,5 (учитывая, γτο Ь /а - ‘0,2 указанное соотношение можно представить как (ί / а = . ·Heating resistors 8 are located. in the central part of the membrane 3 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 b of the area b is determined by the ratio b / a = 0.2 and within the specified area the resistors are oriented in the direction of the minimum tensile sensitivity <100> eliminating the effect of deformation of the membrane on them m are interconnected in parallel .. The heating resistors 9 are located on the undeformable support base 4 along the line. Finishing 11 of the membrane 3 and are at a distance from the center of the membrane ,, determined by the C / o ratio | = 0.55 "and the total resistance value of the heating resistors 9 is equal to the total resistance value of the heating resistors 8. Thermistor 10 is placed on the membrane 3. between the embedment and the area contour of the heating resistors 8, with the center of the thermistor located on the line 12, separated from the center of the membrane 1 standing SZ, determined by the ratio <5 (0.5ts + b) = 0.5 (taking into account, γτο b / a - '0.2, the indicated ratio can be represented as (ί / a =. ·

0,35)^ а сам терморезистор ориентирован в плоскости мембраны в направлении минимальной тензочувстййтельности <100 > с целью исключения воздействия на него деформации упругого элемента. Терморезистор 10 является активным плечом термочувствительного моста 13, выход которого ! соединен с входом усилителя 14^ а0.35) ^ and the thermistor itself is oriented in the plane of the membrane in the direction of the minimum tensile sensitivity <100> in order to eliminate the effect of deformation of the elastic element on it. Thermistor 10 is the active shoulder of the heat-sensitive bridge 13, the output of which! connected to the input of the amplifier 14 ^ a

1196705 41196705 4

выход последнего - с входом регулирующего элемента 15. К выходу регу—, лирующего элемента 15 подключены наг* резательные резисторы 8 и 9, которые между собой соединены параллельно. 5the output of the latter is with the input of the regulating element 15. To the output of the regulator, the molding element 15 is connected nag * cutting resistors 8 and 9, which are interconnected with each other in parallel. five

Повышение чувствительности интегрального тензопреобразователя путем снижения жесткости мембраны продольными сжимающими усилиями достигается выбором толщины пленки 6 двуокиси кремния исходя из соотношенийIncreasing the sensitivity of the integral strain gauge by reducing the rigidity of the membrane by longitudinal compressive forces is achieved by choosing the thickness of the silicon dioxide film 6 based on the ratios

0,8 ~ Ь, /Ц*0,9’» ж А н /М2 к Ь“р 1-9’ Е, н-ь ΙαΗο^Λ,μτ^γ’ 15 где Ε^,οί,- - толщина пленки,0.8 ~ Ü, / * * 0 , 9 ' ж A n / M 2 L p 1-9' E, n-ΙαΗο ^ Λ, μτ ^ γ '15 where Ε ^, οί, - - film thickness

коэффициент Пуас- . сона, модуль упругости и температур• ный коэффициент 20 расширения двуокиси кремния;Poiss Ratio. son, modulus of elasticity and temperature • coefficient of expansion of silicon dioxide;

" толщина кремния мембраны, коэффициент Пуассона, мо-25 дуль упругости и температурный коэффициент расширения кремния;"thickness of silicon membrane, Poisson's ratio, MO-25 of elasticity and temperature coefficient of expansion of silicon;

Ь ,Ь2 - критические толщи- 30B, b 2 - critical thicknesses - 30

ны двуокиси крем** ния и кремния мембраны соответственно, при которых мембрана, теряет 35 устойчивость;silicon dioxide ** and silicon membranes, respectively, in which the membrane loses 35 stability;

"=^1кр4*12|(р’2Ь,+Ь2- толщина мембраны;" = ^ 1kr 4 * 1 2 | ( р'2Ь, + Ь 2 - membrane thickness;

И - толщина опорногоAnd - the thickness of the reference

основания;grounds;

о - сторона квадрат- 4θ ной или диаметр круглой мембраны;o - side of the square - 4 θ Noah or the diameter of a circular membrane;

к - коэффициент формы мембраны (К=2,0597 для квадратной 45 мембраны; К=»2,2516 для круглой мембраны) ;K is the membrane shape factor (K = 2.0597 for a square membrane 45; K = 2.2516 for a round membrane);

Т0(: - температура термического окисления ад кремния;T 0 ( : - thermal oxidation temperature silicon ad;

То - температура окружающей среды, равная 20°С + 1°С.T about - ambient temperature equal to 20 ° C + 1 ° C.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

При действии давления мембрана прогибается и с тензорезисторов снимается сигнал, пропорциональный давлению. .Under pressure, the membrane bends and a signal proportional to pressure is taken from the strain gauges. .

Обеспечение однозначности чувствительности тензопреобразователя в условиях изменяющейся температуры окружающей среды достигается заимным расположением нагревательных резисторов 8 и 9 и терморезистора 10. Выделяемая нагревательными резисторами 8 и 9 теплота образует.два встречных тепловых потока-тепловой поток от нагревательных резисторов 8 направлен от центра мембраны 3 к ее заделке, а тепловой поток от нагревательных резисторов 9 направлен от заделки к центру мембраны.· Тепловые потог ки, накладываясь один на другой, создают по площади мембраны распределение температуры, близкое к равномерному. Эту температуру ме,мбраны фиксирует терморезистор 10. Система регулирования температуры, включающая в себя нагревательные резисторы 8 и 9, терморезистор 10, термочувствительный мост 13, усилитель 14 и регулирующий. элемент 15, поддерживает такое состояние интегрального тензопреобразователя, при котором температура мембраны 3 всегда остается равной заданной, в том числе и при изменении температуры окружающей среды. При этом настройку системы регулирования температуры осуществляют таким образом, что заданная температура мембраны как минимум на 10°С превышает температуру верхней точки температурного диапазона работы интегрального тензопреобразователя. Повышение точности поддержания заданной температуры мембраны 3 способствует ориентация нагревательных резисторов' 8 и терморезистора 10 в направлении минимальной тензочувствительности<§ ЮО* в плоскости мембраны.Ensuring that the sensitivity of the strain gauge is unambiguous under conditions of varying ambient temperature is achieved by the use of an arrangement of heating resistors 8 and 9 and a thermistor 10. The heat generated by the heating resistors 8 and 9 forms two opposing heat flux-heat flux from the heating resistors 8 directed from the center of the membrane 3 to its sealing and the heat flux from the heating resistors 9 is directed from the seal to the center of the membrane. · Heat fluxes, overlapping one another, create an area membrane temperature distribution close to uniform. This temperature IU, mbrana fixes the thermistor 10. The temperature control system, which includes heating resistors 8 and 9, thermistor 10, thermosensitive bridge 13, amplifier 14 and regulating. element 15, maintains such a state of an integrated strain gauge, in which the temperature of the membrane 3 always remains equal to the set, including when the ambient temperature changes. In this case, the adjustment of the temperature control system is carried out in such a way that the set temperature of the membrane is at least 10 ° C higher than the temperature of the upper point of the temperature range of operation of the integral strain gauge. Improving the accuracy of maintaining the set temperature of the membrane 3 contributes to the orientation of the heating resistors' 8 and the thermistor 10 in the direction of the minimum strain sensitivity <§10 in the plane of the membrane.

11967051196705

Claims (1)

ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ, содержащий кремниевую мембрану, выполненную за одно целое с опорным· основанием,тензочувствительные и термочувствительные элементы, а также нагревательные элементы, расположенные в центральной части мембраны на площади, центрINTEGRAL PRESSURE TRANSFORMER, containing silicon membrane, made in one piece with the supporting base, stress-sensitive and temperature-sensitive elements, as well as heating elements located in the central part of the membrane in the square, center .которой совпадает с центром мембраны, а расстояние от центра мембраны до линии контура плащади и линии контура мембраны определяется соответственно с соотношением — =0,2,which coincides with the center of the membrane, and the distance from the center of the membrane to the contour line of the plateau and the contour line of the membrane is determined respectively by the ratio - = 0.2, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности за счет снижения жесткости мембраны, он снабжен дополнительными нагревательными элементами, расположенными на опорном основании вдоль контура мембраны на расстоянии от центра мембраны,равном = 0,55,characterized in that, in order to increase sensitivity by reducing the stiffness of the membrane, it is equipped with additional heating elements located on the support base along the contour of the membrane at a distance from the center of the membrane equal to = 0.55, при этом термочувствительный элемент расположен от центра мембраны на расстоянии, определяемом соотношением —~—— = 0,5, а на каж0,5ч ♦ Ьwhile the temperature-sensitive element is located from the center of the membrane at a distance determined by the ratio - ~ —— = 0.5, and at every 0.5 h ♦ b дой поверхности мембраны расположена пленка двуокиси кремния одинаковой толщины, определяемой из соотношенийThis membrane surface is a film of silicon dioxide of the same thickness, determined from the ratios 1м. =.Л_./ц2· х1m. = .Л _. / Ц 2 · х н2кр 1-9’ Е, н-ьЧа) («Ч-«,)(Т0,-Т0) 'n 2kr 1-9 'E, n'CHA) (“H -“,) (T 0 , -T 0 )' где а - сторона квадратной илиwhere a is the square side or диаметр круглой мембраны;diameter of the circular membrane; Ь — расстояние от центра мембраны до линии контура площади расположенных в центральной части мембраны нагревательных элементов;B is the distance from the center of the membrane to the contour line of the area of heating elements located in the central part of the membrane; с - расстояние от центра мембраны до линии контура расположенных на опорном основании нагревательных элементов;C is the distance from the center of the membrane to the contour line located on the supporting base of the heating elements; <ί - расстояние от центра мембраны до линии, на которой расположен центр термочувствительного элемента;<ί - distance from the center of the membrane to the line on which the center of the temperature-sensitive element is located; толщина пленки, коэффициент Пуассона, мо-. дуль упругости и температурный коэффициент расширения двуокиси кремния;film thickness, Poisson's ratio, mo-. hollow elasticity and temperature expansion coefficient of silicon dioxide; Ь232Е2о:г толщина кремния мембраны, коэффициент Пуассона, модуль упругост^ и температурный коэффициент расширения кремЬ4пр-критические толщины дву' окиси кремния и кремнияL 2 3 2 Е 2 о: g the thickness of the silicon membrane, the Poisson coefficient, the modulus of elasticity ^ and the temperature coefficient of expansion of silicon 4 n 2k p are the critical thicknesses of two silicon oxide and silicon 11967051196705 >> 11967051196705 мембраны соответственно, при которых мембрана теряет устойчивость;membranes, respectively, in which the membrane loses stability; Н - толщина основания;H is the thickness of the base; К - коэффициент формы мембраны; Н’2Ь,K - membrane shape factor; N'2b Τ„χ- температура термического окисления кремния;Τ „ χ is the temperature of thermal oxidation of silicon; - температура окружающей среды, То = 20°С ± ;°С- ambient temperature, T about = 20 ° С ±; ° С р+^гкр‘:^^1+^г“ толщина мембраны.р + ^ гкр ' : ^^ 1 + ^ g “membrane thickness.
SU833627137A 1983-07-27 1983-07-27 Integral pressure transducer SU1196705A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833627137A SU1196705A1 (en) 1983-07-27 1983-07-27 Integral pressure transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833627137A SU1196705A1 (en) 1983-07-27 1983-07-27 Integral pressure transducer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1196705A1 true SU1196705A1 (en) 1985-12-07

Family

ID=21076257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU833627137A SU1196705A1 (en) 1983-07-27 1983-07-27 Integral pressure transducer

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1196705A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3270554A (en) Diffused layer transducers
US4373399A (en) Semiconductor strain gauge transducer
US4320664A (en) Thermally compensated silicon pressure sensor
JPS60259922A (en) Strain sensor
JPH0797010B2 (en) Semiconductor strain gage bridge circuit
KR937000833A (en) Pressure sensor for detecting combustion chamber pressure of internal combustion engine
SU1196705A1 (en) Integral pressure transducer
US11099093B2 (en) Thermally-matched piezoresistive elements in bridges
US3534809A (en) Temperature measuring devices
JPS61240135A (en) Vacuum gauge
SU1000804A1 (en) Thermocompensated integrated pressure pickup (its versions)
JPS6188120A (en) Pressure transducer
RU2687307C1 (en) Integrated pressure converter
JPH0455542B2 (en)
SU960559A2 (en) Pressure pickup
US3470738A (en) Compensation for voltage sensitivity of strain gage transducers
JP2003098012A (en) Temperature measuring device and gas concentration measuring device using it
RU2084846C1 (en) Semiconductor pressure converter with thermal compensation circuit
GB2107876A (en) Temperature compensation of strain gauges
SU1668881A1 (en) Pressure measuring device
FI71198C (en) HALVLEDAROMVANDLARE FOER SPAENNINGSMAETARE
SU1425487A1 (en) Integral pressure transducer
RU2115897C1 (en) Integral converter of deformation and temperature
RU2276775C2 (en) Thermo-anemometer indicator of mass flow of liquids and gases
JPS5927223A (en) Liquid level detecting sensor