Датчик давления

(51) 01 9/04 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ Датчик давления включает корпус, эластичную мембрану на лейкосапфире, тензочувствительный элемент, нанесеный по планарной микроэлектронной технологии, непосредственно на мембране, и внешние выводы, электрически соединенные с чувствительным элементом. Датчик обеспечивает увеличение чувствительности и расширение функциональных возможностей. Его применение допустимо в составе систем контроля и управления технологическим оборудованием,включая контроль глубины погружения пьезоприемников морской сейсморазведки.(76) Малюков Сергей ПавловичНелина Светлана Николаевна(57) Датчик давления относится к информационноизмерительной технике и системам контроля и управления технологическими процессами. Задача полезной модели - повышение чувствительности датчика, расширение функциональных возможностей, упрощение конструкции и повышение технологичности его изготовления. 659 Полезная модель датчик давления относится к информационно-измерительной технике и электронным средствам контроля технологических параметров и управления технологическими процессами, а в частности, к преобразователям неэлектрических величин в электрические. Известен датчик давления, содержащий корпус,полупроводниковый чувствительный элемент, установленный через стеклянный пьедестал на внутренней поверхности корпуса, в корпусе изолирующие и герметизирующие его внутренний объем выводы,электромонтажные проводники, соединяющие чувствительный элемент с выводами, и крышку, защищающую полупроводниковый чувствительный элемент от внешних климатических и механических воздействий (Патент 225501, 01 9/06, 1985).(Признаки, общие с заявляемой полезной моделью выделены курсивом). Недостатки известного датчика давления - низкая чувствительность, что обусловлено механической жесткостью чувствительного элемента, и ограниченные функциональные возможности, что объяснимо однопредельной его чувствительностью. Известен датчик давления, содержащий корпус с герметичными выводами, упругую жестко защемленную с корпусом мембрану, на которой расположены через диэлектрический слой тензочувствительные элементы и контактные площадки, а на внутренней поверхности корпуса установлена цилиндрическая контактная колодка соединенная электрически проводниками с чувствительными элементами и выводами. (Патент 2032156, 01 9/04, 1995). (Признаки, общие с заявляемой полезной моделью выделены курсивом). Недостатки известного датчика давления - низкая чувствительность, что обусловлено низкой чувствительностью тензоэлементов, и ограниченные функциональные возможности, что объяснимо однопредельной его чувствительностью. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому датчику давления, является датчик давления, содержащий полупроводниковый тензочувствительный элемент с контактными площадками,который соединен со стеклянной или кремниевой пластиной с образованием полости между ними,крышку, герметично закрепленную между корпусом и крышкой эластичную мембрану на которой смонтированы металлизированные токоведущие дорожки, контактные площадки и выходные контакты,при этом полупроводниковый чувствительный элемент жестко закреплен по контуру на мембране, его контактные площадки соединены пайкой с контактными площадками мембраны, а в крышке и пластине выполнены отверстия (Патент РФ 2082127, 01 9/04, 1997). (Признаки, общие с заявляемой полезной моделью выделены курсивом). Недостатки известного датчика давления - низкая чувствительность, что обусловлено низкой чувствительностью тензочувствительных элементов, и ограниченные функциональные возможности, что объяснимо однопредельной его чувствительностью. 2 К общим недостаткам выше указанных датчиков следует отнести конструктивные недостатки, и, как следствие, низкую их технологичность. Техническая задача заявляемой полезной модели- увеличение чувствительности датчика давления и расширение его функциональных возможностей. Технический результат по повышению чувствительности датчика и расширению его функциональных возможностей достигается тем, что его эластичный элемент (мембрана) выполнен на лейкосапфире, причем топология чувствительного элемента выполнена по Х-образной схеме со смещением симметрии по двум координатам. Такое решение позволяет в едином корпусе получить многопредельный по чувствительности датчик, что повышает его функциональные возможности, а также упростить конструкцию и повысить технологичность датчика. На фиг. 1. представлена конструкция датчика, на фиг. 2 -топология его чувствительного элемента, а на фиг. 3 - его схема электрическая принципиальная. Датчик давления содержит (см. фиг. 1) тензочувствительный элемент 1, нанесенный на мембрану из лейкосапфира кремния по планарной микроэлектронной технологии и технике анизотропного травления, керамическую чашку 2, с образованием полости 3, корпус 4 и крышку 5, эластичную частично гофрированную мембрану 6, контактные площади 7(на фиг. 1 не показано), токоведущие дорожки 8,электрически контактирующие с контактными площадками 7 тензочувствительного элемента 1 через паяное соединение 9, выходные контакты 10 для внешней электрической коммутации. Для измерения избыточного и разности давлений в чашке 2 и крышке 5 выполнены отверстия 11 диаметромдля передачи опорного или атмосферного давления на другую сторону полупроводникового чувствительного элемента 1. При этом полости над мембраной 12 и под мембраной 13 герметизированы друг относительно друга по периметру чувствительного элемента 1 эластичным компаундом 14, например, типа СИЭЛ. Чувствительный элемент 1 в топологическом смысле выполнен по -образной схеме со смещенной по двум геометрическим координатам осью симметрии. Он включает (см. фиг. 2) тензочувствительные дорожки 1, контактные площадки 7, токоведущие дорожки 8, выходные контакты 10, соединенные через контактные площадки 7 и токоведущие дорожки 8 с чувствительным элементом 1. Отрезки тензочувствительного элемента 1 (см. фиг. 3),за счет неравенства их сопротивлений(1234), обладают разной чувствительностью, а последовательное соединен отрезков тензочувствительного элемента(12131434) повышает сопротивление, пропорционально чувствительность и функциональные возможности датчика. Работа датчика основана на использовании тензорезистивного эффекта. Измеряемое давление деформирует упругий чувствительный элемент (мем 659 брану) 6, что приводит в деформации расположенных на нем отрезков тензочувствительного элемента 1, включенных последовательно (фиг. 3), на выходе которой регистрируется электрический сигнал, пропорциональный приложенному измеряемому давлению. Применение упругого, чувствительного, элемента 6 (мембраны) на основе лейкосапфира позволяет избежать явления гистерезиса и усталостных явлений, так как в лейкосапфире отсутствует р- переход, сапфир прочнее и жестче кремния, это позволяет работать с большим уровнем деформаций,чем в других интегральных полупроводниковых чувствительных элементах к тому же, сапфир химически и радиационно стоек, поэтому изделия на его основе работоспособны в условиях высокой радиации. Использование алюмосиликатной керамики в качестве керамической чашки позволяет снизить влияние монтажных и термомеханических напряжений на тензочувствительный элемент, а также уменьшить температурную зависимость начального выходного сигнала благодаря близости температурных коэффициентов расширения алюмосиликатной керамики и лейкосапфира в кристаллографической плоскости (0112). Заявляемый датчик давления приемлем для применения в технологических установках промышленного назначения и для контроля глубины погружения морской сейсмографной косы. Источники информации 1. Патент 225501, 01 9/06, 1985,2. Патент 2032156, 01 9/04, 1995 3. Патент РФ 2082127, 01 9/04, 1997 ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ Датчик давления, содержащий корпус, крышку,герметично закрепленную между корпусом и крышкой эластичную мембрану, на поверхности которой сформированы тензочувствительный элемент и токоведущие дорожки, выходные контакты, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен на лейкосапфире, причем, тензочувствительный элемент выполнен по Х-образной схеме с геометрически смещенной по двум координатам осью симметрии.