Реферат Розвиток кремнієвої мікроелектронної технології

еними в міст Вінстона (рис. 3). Чутливим елементом служить кристал ІПД, встановлений на діелектричне підставу з використанням легкоплавкого скла або методом анодного зрощування.

В 

Рисунок 3 - Кремнієвий інтегральний перетворювач тиску

Для вимірювання тиску чистих неагресивних середовищ застосовуються, рішення, засновані на використанні чутливих елементів або без захисту, або з захистом силіконовим гелем (Рис. 4). br/>В 

Малюнок 4 - рішення для п'єзорезистивних чутливих елементів з використанням захисного покриття

Для вимірювання агресивних середовищ і більшості промислових застосувань застосовується перетворювач тиску в герметичному метало-скляному корпусі, з розділовою діафрагмою з нержавіючої сталі, передає тиск вимірюваного середовища на ІПД допомогою кремнийорганической рідини (рис. 5).

В 

Рисунок 5 - Перетворювач тиску захищений від вимірюваної середовища за допомогою корозійностійкої мембрани

Основною перевагою п'єзорезистивних дачткіков є більш висока стабільність характеристик, в порівнянні з КНС перетворювачами. ІПД на основі монокристалічного кремнію стійкі до впливу ударних і знакозмінних навантажень. Якщо не відбувається механічного руйнування чутливого елемента, то після зняття навантаження він повертається до початкового стану, що пояснюється використанням ідеально-пружного матеріалу.

2.3 Ємнісної метод

Ємнісні перетворювачі використовують метод зміни ємності конденсатора при зміні відстані між обкладками. Відомі керамічні або кремнієві ємнісні первинні перетворювачі тиску та перетворювачі, виконані з використанням пружною металевою мембрани. При зміні тиску мембрана з електродом деформується і відбувається зміна ємності.

В елементі з кераміки або кремнію, простір між обкладинками зазвичай заповнено маслом або інший органічної рідиною (рис. 6).

В 

Малюнок 6 - Ємнісний перетворювач тиску

У даному варіанті роль рухомий обкладки конденсатора виконує металева діафрагма.

Перевагою чутливого ємнісного елемента є простота конструкції, висока точність і тимчасова стабільність, можливість вимірювати низькі тиску і слабкий вакуум.

До недоліку можна віднести нелінійну залежність ємності від прикладеного тиску.

2.4 Резонансний метод

Резонансний принцип використовується в датчиках тиску на основі вібруючого циліндра, струнних датчиках, кварцових датчиках, резонансних датчиках на кремнії. В основі методу лежать хвильові процеси: акустичні або електромагнітні. Це і пояснює високу стабільність датчиків і високі вихідні характеристики приладу.

Приватним прикладом може служити кварцовий резонатор (рис. 7). При прогині мембрани, відбувається деформація кристала кварцу, підключеного в електричну схему і його поляризація. У результаті зміни тиску частота коливань кристала змінюється. Підібравши параметри резонансного контуру, змінюючи ємність конденсатора або індуктивність котушки, можна домогтися того, що опір кварцу падає до нуля - частоти коливань електричного сигналу і кристала збігаються - настає резонанс.

В 

Малюнок 7 - Спрощений вид резонансного чутливого елемента, виконаного на кварці

Перевагою резонансних датчиків є висока точність і стабільність характеристик, яка залежить від якості використовуваного матеріалу.

До недоліків можна віднести індивідуальну характеристику перетворення тиску, значне час відгуку, що не можливість проводити вимірювання в агресивних середовищах без втрати точності показань приладу.

2.5 Індуктивний метод

Індукційний спосіб заснований на реєстрації вихрових струмів (струмів Фуко). Чутливий елемент складається з двох котушок, ізольованих між собою металевим екраном (рис. 8). Перетворювач вимірює зміщення мембрани за відсутності механічного контакту. У котушках генерується електричний сигнал змінного струму таким чином, що заряд і розряд котушок відбувається через однакові проміжки часу. При відхиленні мембрани створюється струм у фіксованій основний котушці, що призводить до зміни індуктивності системи. Зсув характеристик основної котушки дає можливість перетворити тиск у стандартизований сигнал, по своїми параметрами прямо пропорційний прикладеному тиску.

В 

Рисунок 8 - Принципова схема індукційного перетворювача тиску

Перевагою такої системи, є можливість вимірювання низьких надлишкових і диференціальних тисків, досить висока точність і незначна температурна залежність.

Однак датчик чутливий до магнітних впливів, що пояснюється наявністю котушок, які при проходженні змінного сигналу створюють магнітне поле.

Підводячи підсумок, наведемо основні переваги та недоліки різних методів перетворення тиску в електричний сигнал, результати зведені в таблиці 2.

Таблиця 2 - Переваги і недоліки вимірювачів тиску