схему, в якій тензорезистори мають вигляд мезаструктур, відокремлених один від одного проміжками сапфірової [3].
Малюнок 1.4 - тензорезисторного чутливий елемент виконаний за технологією КНС
тензопреобразователь (ТП) з ПЧЕ на основі структур КНС володіють всіма достоїнствами ТП з інтегральними кремнієвими ПЧЕ, а саме: пружний елемент таких перетворювачів може бути виготовлений з монокристала діелектрика, так що в ньому відсутні гістерезис і втомні явища ; тензорезистори монолітно пов'язані з пружним елементом, що виключає явища гістерезису і повзучості, характерні для шарів сполучної речовини; ПЧЕ виготовляються методами твердотільної технології, що забезпечує високу відтворюваність характеристик при масовому виробництві. Разом з тим, ПЧЕ на основі КНС мають додаткові переваги, бо сапфір міцніше і жорсткіше кремнію і в принципі дозволяє працювати з великим рівнем деформацій; сапфір володіє відмінними пружними і ізолюючими властивостями аж до температур близько 1000 ° С, що робить ПЧЕ на основі КНС працездатними при високих температурах (до початку пластичних деформацій в кремнії, т. е. приблизно до 700 ° С); сапфір хімічно та радіаційно виключно стійкий, тому інтегральні схеми на основі КНС можуть працювати в умовах високої радіації [4]; нарешті, в ПЧЕ на основі КНС відсутня pn-перехід, на відміну від структури «кремній на кремнії», а отже, істотно спрощується технологія їх виготовлення і збільшується вихід придатних виробі. Такі ПЧЕ працездатні в найжорсткіших умовах експлуатації при широкому інтервалі робочих температур і володіють підвищеною надійністю і стабільністю параметрів.
Детальні дослідження особливостей електрофізичних характеристик і тензоеффекта в структурах КНС показали, що на їх основі можна створювати тензопреобразователь з малою температурної похибкою і високою лінійністю перетворення, т. е. вільні від недоліків, принципово властивих ТП з інтегральними кремнієвими ПЧЕ.
2. Апаратні методи компенсації температурної похибки
. 1 Характеристики і параметри мостових тензорезисторних перетворювачів тиску
У інтегральних тензопреобразователь широке застосування отримала мостова схема з тензорезисторів, показана на малюнку 2.1. За рахунок відповідного розташування на мембрані тензорезистори R1 і R4 володіють одним знаком тензочувствительности, а R2 і R3 - протилежним. Спільну точку резисторів R2 і R4 можна об'єднати з виводом підкладки інтегральної мікросхеми перетворювача.
Рисунок 2.1 - Мостова тензорезисторного схема
перетворювальної характеристику на малюнку 2.2, що представляє собою залежність вихідної напруги мостової схеми U вих від прикладеної до мембрани надлишкового тиску q, для двох значень температури Т0 і Т1 визначають наступні параметри:
) початковий розбаланс U0 - вихідна напруга тензорезисторного схеми при нульовому тиску (q=0) і температурі Т0. Розбаланс викликаний технологічним розкидом номіналів тензорезисторів, отриманих в процесі виготовлення ТП, а також початковою деформацією пружного елемента;
Малюнок 2.2 - Перетворювальна характеристика інтегрального тензопреобразователя
) діапазон лінійного перетворення D q - область тисків, в якій вихідний сигнал мостової схеми U вих лінійно (з певним ступенем точності) залежить від тиску q:
D q=q? ном - q? ном, (2.1)
де q? ном, q? ном - номінальні діапазони лінійного перетворення позитивного і негативного надлишкових тисків відповідно.
Різні ТП мають різні діапазони лінійного перетворення, які змінюються в дуже широких межах від одиниць кілопаскалях до сотень мегапаскалей. Нелінійність перетворювальної характеристики визначається декількома причинами, які умовно можна розбити на три категорії:
а) нелінійність перетворення тиску в механічні напруги;
б) нелінійність п'єзорезистивного ефекту;
в) нелінійність вимірювальної електричної схеми;
) зрушення перетворювальної характеристики q0. Обумовлений розходженням у діапазонах q? ном і q? ном лінійного перетворення позитивного і негативного тисків. У свою чергу, зазначене розходження пояснюється, по-перше, різної нелінійністю при подачі надлишкового тиску з різних сторін мембрани (так званий балон-ефект). По-друге, початковою деформацією мембрани при нульовому тиску (q=0) і нормальній температурі (Т=Т0). Ця деформація визначається механічними напруженнями, що виникають на кордоні кремній- двоокис кремнію після термічного окислення. Зрушення визначається наступним чином:
q0=(q? ном + q? но...
