RU2005296C1 - Pressure transducer - Google Patents

Description

лучом, что повышает надежность датчика. Расположение токоеыводов перпендикул рно поверхности мембраны существенно уменьшает габаритные размеры, особенно в плоскости расположени  чувствительного элемента. Вакуумирование платы и мембраны , а также закрепление ее при помощи лазерной сварки повышает надежность датчика вследствие исключени  вли ни  агрессивных составл ющих окружающей среды на стабильность тензорезистивных элементов .beam, which increases the reliability of the sensor. The arrangement of the current leads perpendicular to the membrane surface significantly reduces the overall dimensions, especially in the plane of the arrangement of the sensing element. The evacuation of the board and membrane, as well as its fastening by laser welding, increases the reliability of the sensor by eliminating the influence of aggressive environmental components on the stability of the strain gauge elements.

Обеспечение зазора между платой и мембраной Г-образными прокладками, равномерно размещенными по периферии утолщенной части мембраны и жестко закрепленными на его боковой поверхности, позвол ет с одной стороны выполнить минимально возможный зазор, что уменьшает габаритные размеры, а с другой стороны позвол ет осуществить надежное закрепление платы. Причем равномерное размещение прокладок по периферии чувствительного элемента обеспечивает равномерное распределение зазора по всей поверхности платы, а следовательно, и минимизацию габаритных размеров и максимальное повышение надежности. Выполнение конфигурации и размеров подстроечной платы идентичными конфигурации и размерам мембраны в максимальной степени уменьшает габаритные размеры, так как в этом случае размеры датчика определ ютс  размерами мембраны . Выполнение платы в виде нескольких идентичных по размерам и конфигурации плат позвол ет в еще большей степени уменьшить габаритные размеры датчика при большем количестве подстроечных элементов . Расположение токовыводов перпендикул рно поверхности мембраны обеспечивает дальнейшее уменьшение габаритных размеров.Providing a gap between the board and the membrane with L-shaped gaskets uniformly located on the periphery of the thickened part of the membrane and rigidly fixed on its lateral surface, allows on the one hand to make the smallest possible gap, which reduces overall dimensions, and on the other hand allows reliable fixing boards. Moreover, the uniform placement of gaskets on the periphery of the sensing element ensures uniform distribution of the gap over the entire surface of the board, and therefore, minimizing overall dimensions and maximizing reliability. Performing the configuration and dimensions of the trimming board identical to the configuration and dimensions of the membrane minimizes overall dimensions, since in this case the dimensions of the sensor are determined by the dimensions of the membrane. The implementation of the board in the form of several boards identical in size and configuration makes it possible to further reduce the overall dimensions of the sensor with a larger number of tuning elements. The arrangement of current leads perpendicular to the membrane surface provides a further reduction in overall dimensions.

Конфигураци  поверхности платы, прилегающей к мембране, совпадает с конфигурацией поверхности мембраны при воздействии максимально допустимого измер емого давлени  дл  повышени  надежности вследствие повышени  стойкости датчика к воздействию перегрузочного давлени . Если конфигураци  поверхности платы , прилегающей к мембране, не будет совпадать с конфигурацией поверхности мембраны при воздействии максимально допустимого измер емого давлени , то при достаточно большой величине перегрузочного давлени  в местах несовпадени  конфигураций могут возникнуть остаточные напр жени  в мембране или даже повреждени  в ней, что естественно существенноThe configuration of the surface of the board adjacent to the membrane coincides with the configuration of the surface of the membrane when exposed to the maximum allowable measured pressure to increase reliability due to the increased resistance of the sensor to overload pressure. If the configuration of the surface of the board adjacent to the membrane does not coincide with the configuration of the surface of the membrane under the influence of the maximum permissible measured pressure, then with a sufficiently large value of the overload pressure, residual stresses in the membrane or even damage to it may occur in the places of mismatch, which is natural substantially

снизить надежность. Выполнение по крайней мере части подстроечной платы прилегающей мембраны из легкоплавкого материала и покрытие тензоэлементов изол ционным покрытием позвол ет а максимальной степени повысить надежность вследствие возможности максимальной идентичности конфигурации платы и мембраны .reduce reliability. The implementation of at least a portion of the trim board of an adjacent membrane of low-melting material and the coating of the strain elements with an insulating coating allows to increase reliability to the maximum degree due to the possibility of maximum identity of the configuration of the board and membrane.

На фиг. 1 и 2 показана конфигураци  предлагаемого датчика давлени , соотношени  между размерами элементов конструкции дл  нагл дности изменены.In FIG. Figures 1 and 2 show the configuration of the pressure sensor according to the invention; the ratios between the sizes of structural elements for clarity have been changed.

Датчик давлени  содержит корпус 1, полупроводниковый чувствительный элемент 2, в виде мембраны 3 с тенэоэпементами и утолщенной периферийной частью, закреп- ленный в корпусе при помощи допллнительной стекл нной втулки 4 и дополнительной металлической втулки 5. Мембрана может быть изготовлена и из другого материала, например из металла. Плата 6 с подстроеч- ными резисторами размещена с зазором относительно мембраны. Токовыводы 7 предназначены дл  подачи напр жени  питани  и сьема выходного сигнала с датчика. Плата 6 размещена над мембраной и закреплена на ней. Величина зазора междуThe pressure sensor comprises a housing 1, a semiconductor sensing element 2, in the form of a membrane 3 with shadow elements and a thickened peripheral part, fixed in the housing using an additional glass sleeve 4 and an additional metal sleeve 5. The membrane can be made of another material, for example from metal. Board 6 with tuning resistors is placed with a gap relative to the membrane. The current outputs 7 are intended for supplying voltage and picking up the output signal from the sensor. Board 6 is placed above the membrane and mounted on it. The gap between

платой минимальна, но не менее прогиба мембраны под действием максимально допустимого измер емого давлени .the board minimally, but not less than the deflection of the membrane under the action of the maximum allowable measured pressure.

Токовыводы 7 могут быть расположены перпендикул рно поверхности мембраны.Current leads 7 may be arranged perpendicular to the surface of the membrane.

Мембрана и плата б вакуумированы, а плата 6 закреплена без применени  веществ , содержащих легкоиспар емые компоненты , Например, закрепление платы осуществлено при помощи лазерной сваркиThe membrane and board b are evacuated, and the board 6 is fixed without the use of substances containing volatile components. For example, the board is secured by laser welding

или металлических скоб, приваренных лазерной сваркой. Зазор между платой и мембраной может быть обеспечен Г-образными прокладками 8, равномерно размещенными по периферии чувствительного элемента иor metal brackets welded by laser welding. The gap between the board and the membrane can be provided by L-shaped gaskets 8, evenly spaced around the periphery of the sensing element and

жестко закрепленными на его боковой поверхности , например, при помощи сварки. Конфигураци  и размеры платы 6 идентичны конфигурации и размерам мембраны. Плата б по крайней мере частично перпендикул рна мембране. Конфигураци  поверхности платы, прилежащей к мембране, совпадает с конфигурацией поверхности мембраны при воздействии максимально допустимого измер емого давлени . Поrigidly fixed on its side surface, for example, by welding. The configuration and dimensions of the board 6 are identical to the configuration and dimensions of the membrane. The board b is at least partially perpendicular to the membrane. The configuration of the surface of the board adjacent to the membrane coincides with the configuration of the surface of the membrane when exposed to the maximum allowable measured pressure. By

крайней мере часть платы, прилежащей к мембране, выполнена из легкоплавкого м - териала, например из сплава Вуда, а на тен- зоэлементы нанесено изол ционное покрытие, например, в виде пленки моип- окиси кремни .at least a portion of the board adjacent to the membrane is made of fusible material, for example, Wood alloy, and tenso elements are coated with an insulating coating, for example, in the form of a film of silicon myo-oxide.

72005296 872005296 8

Датчик давлени  работает следующимное совпадение конфигурации поверхностиThe pressure sensor works as follows matching surface configuration

образом.платы, прилежащей к мембране, конфигураИзмер емое давление воздействует нации поверхности мембраны при воздейст- мембрану 3 чувствительного элемента 2. Ввии максимально допустимого измер емого результате этого мембрана 3 деформирует-5 давлени . Это осуществл етс  следующим с . деформации мембраны воспринимаютс образом. Датчик нагревают до температуры размещенными на мембране тензоэлемен-плавлени  легкоплавкого материала, воз- тами. Изменени  сопротивлений тензоэле-действуют на мембрану максимально допу- ментов, вызванные деформациейстимым измер емым давлением, мембраны, в выходное напр жение, снима-10 Вследствие большой текучести расплавлен- емое с токовыводов 7. Вследствие выполне-ного сплава после снижени  температуры и ни  элементов конструкции в видесн ти  давлени  сплав принимает конфигу- за вл емых технических решений сущест-рацию, в точности соответствующую коифи- венно уменьшаютс  габаритные размерыгурации сдеформированной мембраны, датчика. Вакуумирование мембраны и пла-15 Технико-экономическим преимущест- ты обеспечивает идентичное отсутствиевом предлагаемого датчика давлени  по вли ни  вредных компонентов окружаю-сравнению с прототипом  вл етс  умень- щей среды на стабильность тензоэлементовшение габаритных размеров в 2-5 раз и и подстроечных резисторов, а следователь-повышение надежности за счет оптимиза- ко, и к повышению надежности работы дат-20 ции взаимного положени  мембраны, под- чика. При воздействии давлени  величинойстроечной платы и токовыводов за счет выше максимально допустимого измер в-исключени  засветки тензоэлементов при мого давлени  мембрана 3 упираетс  в пла-настройке подстроечной платы и за счет поту 6. В результате этого деформаци  ввышенной способности к перегрузочному мембране даже при величине давлени  су-25 давлению, щественно.большей максимального допустимого измер емого давлени  не(56) Авторское свидетельство СССР превышает допустимой величины.№ 1485051, кл. G Ot L 9/04.In the manner adjacent to the membrane, the configuration of the measured pressure affects the surface of the membrane when the membrane 3 of the sensor 2 is exposed. Due to the maximum allowable measured result, the membrane 3 deforms-5 pressure. This is done as follows. membrane deformations are perceived in a manner. The sensor is heated to a temperature disposed on the tensoelement melting membrane of the fusible material. Changes in the tenso-elemental resistances act on the membrane with the maximum assumptions caused by deformation of the measurable measured pressure, the membranes, in the output voltage, taking-10. Due to the high fluidity, it is melted from the current leads 7. Due to the made alloy, after the temperature has been reduced and there are no structural elements in terms of pressure, the alloy accepts the configuration of the existing technical solutions, the dimensions of the guiding of the deformed membrane and sensor are exactly reduced correspondingly. Evacuation of the membrane and pla-15 The technical and economic advantages ensure that the proposed pressure sensor is identical to the environment due to the influence of harmful components — compared with the prototype, it reduces the stability of the strain gauge element by 2–5 times and the tuning resistors as well the investigator is an increase in reliability due to optimizations, and to increase the reliability of the operation of the data on the relative position of the membrane, the tip. When pressure is exerted by the value of the mounting plate and current outputs due to a higher than the maximum allowable measurement, excluding the illumination of the strain elements at a pressure pressure, the membrane 3 abuts against the adjustment of the adjustment plate and due to sweat 6. As a result, deformation of the increased capacity for the overload membrane even at the pressure value -25 pressure, significantly higher than the maximum permissible measured pressure is not (56) Copyright certificate of the USSR exceeds the permissible value. No. 1485051, cl. G Ot L 9/04.

Выполнение датчика в соответствии с п.Авторское свидетельство СССРImplementation of the sensor in accordance with Sec. Certificate of the USSR

9 формулы позвол ет обеспечить самое точ1-30 № 1642284, кл. G 01 19/04,1989.9 of the formula provides the most accurate 1-30 No. 1642284, cl. G 01 19 / 04,1989.

Claims (1)

Формула изобретени ны и жестко закрепленными на ее боковойFormula of invention and rigidly fixed on its side 1. ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий поверхности.1. PRESSURE SENSOR containing surfaces. корпус, закрепленную в корпусе полупро-5. Датчик по пп. 1 - 4, отличающийс  водниковую мембрану с тензоэлементами 35 тем, что в нем конфигураци  и размеры и утолщенной периферийной частью, плату; платы идентичны конфигурации и разме- с подстроечными резисторами, размещен- рам мембраны, .. ную с зазором относительно мембраны, и 6. Датчик по пп.1 - 5, отличающийс  токовыводы, отличающийс  тем, что в нем тем, что в нем плата выполнена в виде неплата с подстроечными резисторами раз- и скольких идентичных по размерам и кон- мещена с зазором над мембраной и за- фигурации элементов, креплена на ней/причем величина зазора 7 .датчик по пп.1 - 6, отличающийс  не менее максимального прогиба мембра- тем что в нем по крайней мере частично ны под действием измер емого давлени . 4& плата расположена перпендикул рно к по2 . Датчик по п.1, отличающийс  тем, верхности мембраны.case fixed in the half-5 case. The sensor for PP. 1 to 4, characterized by a water membrane with strain elements 35 in that it has a configuration and dimensions and a thickened peripheral part, a board; boards are identical to the configuration and size with trimming resistors, membrane housings, .. with a gap relative to the membrane, and 6. The sensor according to claims 1 to 5, characterized by current outputs, characterized in that the board is made therein in the form of a failure with tuning resistors of several or several identical in size and fitted with a gap above the membrane and the configuration of the elements, mounted on it / and the gap size 7. The sensor according to claims 1-6, which differs no less than the maximum deflection of the membrane - by the fact that in it at least partially emogo measures pressure. 4 & the board is perpendicular to po2. The sensor according to claim 1, characterized in that the surface of the membrane. что в нем токовыводы расположены пер-8 датчик по ппЛ . 7, отличающийс  пендикул рно к поверхности мембраны. тем 4to в нем конфигураци  поверхностиthat in it the current outputs are located per-8 sensor on PPL. 7, distinguished perpendicular to the surface of the membrane. so 4to in it the surface configuration 3. Датчик по пп.1 и 2, отличающийс  платы, противолежащей мембране, совпа- тем. что в нем мембрана и плата вакууми- 50 дает с конфигурацией поверхности мемб- рованы, а плата закреплена при помощи раны при воздействии максимально лазерной сварки,допустимого измер емого давлени .3. The sensor according to claims 1 and 2, characterized in that the board, opposite membrane, are the same. that in it the membrane and the vacuum-50 board give the surface configurations of the membrane, and the board is fixed by means of a wound when exposed to the maximum laser welding, permissible measured pressure. 4. Датчик по пп.1 - 3, отличающийс 9. Датчик по пп.1 - 8, отличающийс  тем, что в нем зазор между платой и мемб- тем, что в нем по крайней мере часть пла- раной обеспечен введенными Г-образными 55 ты, противолежащей мембране, выполнена прокладками, равномерно размещенными из легкоплавкого материала, а на тензоэ- по периферии утолщенной части мембра- лементы нанесено изол ционное покрытие .4. The sensor according to claims 1 to 3, characterized 9. The sensor according to claims 1 to 8, characterized in that there is a gap between the board and the membrane, in which at least part of the valve is provided by the introduced L-shaped 55 you, the opposite membrane, is made of gaskets evenly spaced from fusible material, and on the tensoe-on the periphery of the thickened part of the membrane element an insulating coating is applied. Put. /Put. / Фиё.2Fieux. 2