SU1196705A1 - Integral pressure transducer - Google Patents
Integral pressure transducer Download PDFInfo
- 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
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)
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) |
-
1983
- 1983-07-27 SU SU833627137A patent/SU1196705A1/en active
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 |