×
19.01.2018
218.016.05cc

Результат интеллектуальной деятельности: ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидкости и газов. Тензопреобразователь давления содержит квадратную плоскую диафрагму из монокристаллического кремния с опорной рамкой и четыре продольных тензорезистора. Тензорезисторы расположены на планарной поверхности диафрагмы, содержащей 12 одинаковых квадратных углублений со стороной не менее длины тензорезистора и глубиной не больше половины толщины диафрагмы. Четыре углубления расположены в центре, а восемь остальных - парами у краев диафрагмы симметрично ее срединным осям. Зазор между углублениями одинаков и равен ширине тензорезисторов, которые расположены между углублениями, два - в центре, а два - у краев диафрагмы, образуя мостовую схему. Технический результат - повышение чувствительности тензопреобразователя давления. 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидкостей и газов.

Известен тензопреобразователь давления, содержащий выполненную из монокристаллического кремния плоскую диафрагму, на которой расположены продольные и поперечные тензорезисторы. При этом диафрагма имеет разную толщину, причем толщина у краев больше толщины ее средней части, а указанные тензорезисторы расположены на части с большей толщиной (Патент RU №2237873, G01L 9/04, Тензопреобразователь давления, 10.10.2004).

Указанный тензопреобразователь работает следующим образом. Под действием измеряемого давления диафрагма прогибается, что вызывает деформацию диафрагмы, которая передается поперечным и продольным тензорезисторам. При этом сопротивление двух тензорезисторов увеличивается, а двух других уменьшается. Изменение сопротивления тензорезисторов, объединенных в мостовую схему, приводит к возникновению выходного электрического сигнала:

где Е - напряжение питания мостовой схемы,

и - сопротивление продольного и поперечного тензорезисторов соответственно.

Наличие у диафрагмы утолщенных краев позволяет расширить область максимальных деформаций в местах расположения тензорезисторов, что приводит к увеличению чувствительности устройства:

где Р - измеряемое давление.

Недостатком такого устройства является применение в мостовой схеме поперечных тензорезисторов, тензочувствительность которых меньше, чем у продольных (для тензорезисторов из поликристаллического кремния p-типа , ). Кроме того, наличие утолщенных краев диафрагмы приводит к большей нелинейности преобразовательной характеристики по сравнению с плоской диафрагмой.

Кроме того, известен тензопреобразователь давления (прототип), содержащий поперечные и продольные тензорезисторы и выполненную из монокристаллического кремния квадратную плоскую диафрагму с опорной рамкой. При этом поперечные тензорезисторы расположены на краю, а продольные тензорезисторы частично выходят за пределы диафрагмы (Патент RU №2329480, G01L 9/04, Тензопреобразователь давления, 20.07.2008).

Указанный тензопреобразователь работает следующим образом. Измеряемое давление прогибает диафрагму, что вызывает деформацию тензорезисторов и изменение их сопротивления. Продольные и поперечные тензорезисторы включены по мостовой схеме и изменение их сопротивления приводит к возникновению электрического сигнала по формуле (1). Точная теория показывает, что деформации заходят за край диафрагмы. Учет этого эффекта позволяет сдвинуть продольные тензорезисторы за край диафрагмы на определенную величину, так что обеспечивается повышенная чувствительность, как описано в патенте, но при этом диафрагма остается плоской.

Недостатками указанного тензопреобразователя являются применение в мостовой схеме наряду с продольными поперечных тензорезисторов, для которых , что приводит к уменьшению общей чувствительности тензопреобразователя, а также высокая нелинейность преобразования измеряемого давления в электрический сигнал (для диапазона давления 0…2⋅105 Па около 0.3%).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение чувствительности тензопреобразователя давления.

Технический результат достигается благодаря тому, что в тензопреобразователе давления, который содержит квадратную плоскую диафрагму из монокристаллического кремния с опорной рамкой и четыре тензорезистора, причем все тензорезисторы - продольные и расположены на планарной поверхности диафрагмы, имеющей 12 одинаковых квадратных углублений, со стороной не менее длины тензорезистора и глубиной не больше половины толщины диафрагмы, из них четыре расположены в центре, а остальные восемь - парами у краев диафрагмы симметрично ее срединным осям, при этом зазор между углублениями одинаков и равен ширине тензорезисторов, которые расположены между углублениями, два - в центре и два - у краев диафрагмы, образуя мостовую схему.

На ФИГ. 1 представлен общий вид предлагаемого тензопреобразователя давления. На ФИГ. 2 - поперечный разрез тензопреобразователя. На ФИГ. 3 - преобразовательная характеристика тензопреобразователя. На ФИГ. 4 - распределение деформаций вдоль тензорезисторов. На ФИГ. 5 - нелинейность преобразовательной характеристики тензопреобразователя.

Предлагаемый тензопреобразователь (ФИГ. 1) содержит кремниевый профилированный упругий элемент - 1 с квадратной диафрагмой - 2 и опорной рамкой - 3, двенадцать углублений - 4 и четыре тензорезистора - 5.

Тензопреобразователь работает следующим образом: при подаче измеряемого давления на упругий элемент 1 с квадратной диафрагмой 2 и опорной рамкой 3 диафрагма 2 прогибается (ФИГ. 2). Возникшая деформация передается продольным тензорезисторам 5, которые расположены в центре и на краю диафрагмы 2 в зазорах между углублениями 4 и объединены в мостовую схему. Тензорезисторы 5, которые находятся на краю и в центре диафрагмы 2, получают разные по знаку деформации. В отличие от прототипа благодаря введению углублений сопротивление краевых и центральных тензорезисторов 5 определяется лишь продольным коэффициентом тензочувсвтительности:

,

где Rкрай - сопротивление тензорезисторов, расположенных на краю диафрагмы,

Rцентр - сопротивление тензорезисторов, расположенных в центре диафрагмы,

R0 - сопротивление тензорезисторов в отсутствие измеряемого давления,

- продольный коэффициент тензочувствительности,

εкрай - продольная деформация тензорезисторов, расположенных на краю диафрагмы,

εцентр - продольная деформация тензорезисторов, расположенных в центре диафрагмы.

Выходной сигнал предложенного тензопреобразователя определяется формулой (1).

Так как для тензорезисторов из поликристаллического кремния p-типа , то изменение сопротивления продольных тензорезисторов под действием давления выше изменения сопротивления поперечных тензорезисторов ≈50%, поэтому в предложенном тензопреобразователе чувствительность продольных тензорезисторов, расположенных в центре диафрагмы, выше чувствительности тензорезисторов прототипа, работающих на поперечном коэффициенте тензочувствительности. Углубления 4 на поверхности диафрагмы 2 создают области концентрации механических деформаций, равных по величине, но противоположных по значению, в которых располагаются тензорезисторы 5. Это приводит к увеличению общей чувствительности тензопреобразователя более чем на 30%. На ФИГ. 3 представлено сравнение преобразовательных характеристик предложенного тензопреобразователя давления и тензопреобразователя-прототипа, а на ФИГ. 4 - распределение деформаций у прототипа и предложенного тензопреобразователя.

Дополнительным преимуществом предложенного тензопреобразователя давления является уменьшение нелинейности преобразовательной характеристики. Углубления 4 выравнивают нелинейные составляющие деформации продольных тензорезисторов по знаку и величине, что позволяет достичь нелинейности не более 0.1% (ФИГ. 5).

Тензопреобразователь давления, содержащий квадратную плоскую диафрагму из монокристаллического кремния с опорной рамкой, и четыре тензорезистора, отличающийся тем, что все тензорезисторы - продольные и расположены на планарной поверхности диафрагмы, содержащей 12 одинаковых квадратных углублений со стороной не менее длины тензорезистора и глубиной не больше половины толщины диафрагмы, из них четыре расположены в центре, а остальные восемь - парами у краев диафрагмы симметрично ее срединным осям, при этом зазор между углублениями одинаков и равен ширине тензорезисторов, которые расположены между углублениями - два в центре, а два - у краев диафрагмы, образуя мостовую схему.
ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ
ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ
ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 71-80 of 96 items.
01.12.2019
№219.017.e866

Способ приготовления безглютенового соуса основного белого

Изобретение относится к общественному питанию и может быть использовано при производстве безглютенового соуса основного белого (БСОБ) специализированного назначения. Предложен способ приготовления безглютенового соуса основного белого, в котором овощи нарезают, пассеруют, добавляют соль,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002707791
Дата охранного документа: 29.11.2019
06.12.2019
№219.017.e9b6

Лазерный доплеровский измеритель скорости

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в экспериментальной гидро- и аэродинамике, в промышленных технологиях, связанных с необходимостью исследования скоростей потоков газовых и конденсированных сред, а также скоростей движения поверхностей....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002707957
Дата охранного документа: 02.12.2019
25.12.2019
№219.017.f1f3

Способ картографирования с помощью синтеза апертуры

Изобретение предназначено для использования в локации для получения картины сечения внутренних органов человека и картографирования непрозрачных в оптическом диапазоне сред или объемов вещества для выявления их внутренней структуры. Достигаемый технический результат – повышение качества...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002710021
Дата охранного документа: 24.12.2019
04.02.2020
№220.017.fd78

Гидроакустическое навигационное устройство с четырехэлементной короткобазной приемной антенной

Изобретение относится к области гидроакустических навигационных устройств (ГНУ) и может быть использовано для определения 3-мерных координат автономного подводного аппарата (АЛА) с гидроакустической передающей антенной, для его приведения к стыковочному модулю его носителя, оснащенного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002712799
Дата охранного документа: 31.01.2020
04.02.2020
№220.017.fd86

Двухдиапазонная антенна

Изобретение относится к области СВЧ приборостроения и может найти применение в телекоммуникационных и радиолокационных системах различного назначения в качестве интегрированного излучающего модуля при построении фазированных антенных решеток. Технический результат – расширение диапазона...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002712798
Дата охранного документа: 31.01.2020
06.02.2020
№220.017.feb6

Адаптивная стартер-генераторная система для летательных аппаратов

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано при построении стартер-генераторных систем для летательных аппаратов, в которых для достижения качественных показателей выходной энергии применяются статические преобразователи электрической энергии....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713390
Дата охранного документа: 05.02.2020
06.02.2020
№220.017.fec6

Многозонный преобразователь постоянного тока в переменный

Многозонный преобразователь постоянного тока в переменный, то есть многозонный инвертор тока, относится к электротехнике и необходим для питания регулируемых электродвигателей переменного тока. Многозонный преобразователь постоянного тока в переменный содержит источник тока, 3-фазную мостовую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713389
Дата охранного документа: 05.02.2020
06.03.2020
№220.018.098b

Способ определения поверхности диэлектрической бифокальной линзовой антенны

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано для проектирования, моделирования и изготовления бифокальных линзовых антенн. Технический результат заключается в возможности обеспечения однозначного определения поверхности линзовой антенны. Технический результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002715914
Дата охранного документа: 04.03.2020
19.03.2020
№220.018.0dd7

Электростатический микроэлектромеханический генератор для подзаряда химического источника тока

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, в частности к микроэлектромеханическим генераторам, преобразующим энергию механических колебаний в электрическую энергию, и может быть использовано для подзаряда химического источника тока. Техническим результатом предлагаемого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716813
Дата охранного документа: 17.03.2020
25.03.2020
№220.018.0fa4

Высоковольтная трехфазная воздушная линия

Изобретение относится к технике передачи электроэнергии переменным током, а именно к высоковольтным воздушным линиям. Сущность изобретения состоит в том, что к высоковольтной трехфазной воздушной линии, содержащей фазы с горизонтальным расположением в пространстве, в ее средней части между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002717357
Дата охранного документа: 23.03.2020
Showing 21-23 of 23 items.
17.02.2018
№218.016.2b55

Стабилизатор напряжения

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться для автоматической стабилизации напряжения. Стабилизатор напряжения содержит трансформаторный регулятор напряжения, два диодных моста, стабилитрон, резистор, усилитель, транзистор, емкость, причем выходная обмотка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002643166
Дата охранного документа: 31.01.2018
17.02.2018
№218.016.2bc6

Электронный трансформатор

Изобретение «Электронный трансформатор» относится к полупроводниковым преобразователям и может быть использовано для непосредственного преобразования по величине трехфазного переменного напряжения в переменное. Такие преобразователи могут быть использованы в системах генерирования переменного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002643165
Дата охранного документа: 31.01.2018
04.04.2018
№218.016.36eb

Волоконный лазер для генерации высокоэнергетических световых импульсов

Изобретение относится к лазерной технике. Волоконный лазер для генерации высокоэнергетических световых импульсов содержит источник накачки, ответвитель ввода излучения накачки, волоконный кольцевой резонатор длиной ~10 м, включающий в себя активное волокно, устройство нелинейных потерь и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646440
Дата охранного документа: 05.03.2018
+ добавить свой РИД