[其他]一種小型流體傳感器

無效

• 申請號: 85102765
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85102765B
• 公開（公告）日: 1987-09-16
• 發明（設計）人: 牛德芳;高鑫;胡靜山;周麗芳
• 申請（專利權）人: 大連工學院
• 主分類號: G01L9/06
• 分類號: G01L9/06
• 代理公司: 大連工學院專利事務所
• 代理人: 王樹本

本發明屬于壓力測量技術領域。

流體傳感器是利用半導體材料硅的壓阻效應， 將流體壓力信號轉為電信號。這種流體傳感器主要 由兩部分組成。一是半導體力敏元件，二是腔體。 目前已有半導體力敏元件是在硅杯彈性膜上直接集 成一個電橋電路，其集成電橋版圖設計方案有兩種。 一種是如US?4065971、US?4050313將力敏電橋分 組分布在硅杯彈性膜的邊緣，這種方案的優點是輸 出大，并在零壓力情況下，根據電橋的各個電阻阻 值和絕緣電阻的二個參數，選取絕緣電阻為最大、 電阻數值相差為最小的四組力敏電阻中優選一組好 的，缺點是硅杯大。還有一種如JP-A-56133877 將力敏電阻分布在截面為E型的硅杯薄膜上，這種 方案的優點是線性度好，缺點是加工工藝復雜。腔體 是流體傳感器另一個組成部分，為保護力敏元件不 受環境與被測流體的沾污，通常是將半導體力敏元 件密封于硅油中，一般用不銹鋼膜片作為感壓膜片， 此膜片和端蓋形成一個外腔室。當流體進入外腔室 時，其壓力由感壓膜片通過硅油傳給半導體力敏元 件。通常彈性膜片焊接在一個膜片支承架上，再通 過密封圈與端蓋形成一個外腔室，如US?4135408 就是采用這種結構。力敏元件的安裝方式有兩種。 一種是直接固定在底座上，如US?4050313。這種安 裝方式的缺點是當腔體受干擾外力作用時，力敏元 件也會受到干擾。另一種是將彈性元件固定在隔離 膜片上，如US?4135408的結構，雖然這種安裝方 式可以防止來自外界干擾通過腔體干擾力敏元件， 但是結構復雜，對小型流體傳感器就顯得不適用了。 針對以上版圖圖案、外腔室構成、力敏元件安裝存 在的問題，同時又結合小型流體傳感器體積小的特 點，本發明提出一種新的解決方案。

本發明的要點在于一是采用如附圖一所示的版 圖圖案。在整體硅杯的硅膜上擴散八個力敏電阻， 即附圖一中(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、 (7)、(8)。其中力敏電阻(1)、(4)、(5)、(8) 分布在徑向0.8～0.98r之間(r為硅杯半徑)。力 敏電阻(2)、(3)、(6)、(7)分布在切向0.5～0.6r 之間。以上八個力敏電阻均分布在單晶硅(001)晶面 <110>晶上。(1)、(2)、(3)、(4)為一組， (3)、(4)、(5)、(6)為一組，(5)、(6)、 (7)、(8)為一組，(1)、(2)、(7)、(8)為一 組，形成惠斯登橋。二是采用如附圖二所示的外腔 室結構。圖中1為端蓋，2為緊固螺帽，3為流體 接口，4、6、9、10、為直徑不同的“O”型密 封圈，5為不銹鋼膜片，7為主體，8為力敏元件， 11為壓板。

本發明與已有技術相比其優點在于一是在版圖 圖案設計上，巧妙利用四個力敏電阻正負應力差， 從而提高了電橋輸出靈敏度，有利于減小硅杯尺寸。 僅用八個力敏電阻，可組成四組電橋，有利于提高 成品率。由于八個力敏電阻分散分布，有利于散熱 和減少局部過熱，也有利于減小溫度漂移。二是將 不銹鋼膜片5直接焊在端蓋1上減少密封環節，密 封效果好，同時節省材料，減少體積。旋下緊固螺 帽2，取下流體接口3，可直接觀察膜片5，同時 也便于清除膜片上的沉積物，保證測量精度。三是 力敏元件與主體的安裝方式是將附圖二中力敏元件 8放置在“O”型密封圈9上，壓板11通過“O” 型密封圈10壓緊力敏元件8和主體7形成彈性連接。 由于采用彈性連接，有利于排除作用到力敏元件8 上的外界干擾力。

發明人曾經做過這樣一個實施例。采用5×5×1mm 的方形硅片，中間形成φ3.2mm的圓形硅杯，八個力 敏電阻集成在(001)晶面<110>晶向上。力敏電阻 分布同附圖一，所制得的力敏元件密封于如附圖二 所示的腔體結構中。達到的指標為：量程0～0.1kg/cm²、 0～0.25kg/cm²、0～0.5kg/cm²、0～1kg/cm²， 精度優于0.3％F?S。當電橋供電電壓為6伏時，滿 量程輸出大于50mv，零點溫度漂移系數，靈敏度溫 度漂移系數優于0.05％/CFS。