м)/2. (2.2)
Для мембран діаметром 1 мм, товщиною 10 - 20 мкм при товщині оксиду SiO2 0,4 - 0,6 мкм зрушення q0 може досягати 10 кПа;
) чутливість тензопреобразователя S0 (при температурі Т0). Визначається як відношення приросту вихідного сигналу до приросту прикладеного тиску, віднесене до напруги харчування мостової схеми. Чутливість ТП залежить від багатьох факторів, таких як орієнтація TP відносно кристалографічних осей кремнію, їх місце розташування на мембрані, ступінь легування кремнію і т. Д;
) температурний дрейф нуля - приріст вихідної напруги у відсутності прикладеного тиску, віднесене до номінального значення вихідного сигналу, при зміні температури на 1 ° С.
Температурний дрейф викликається рядом причин, головна з яких - технологічний розкид температурних коефіцієнтів опорів (ТКС) тензорезисторів;
) температурний коефіцієнт чутливості (ТКЧ) - відносна зміна чутливості при зміні температури на 1 ° С.
Цей параметр обумовлений наявністю температурної залежності тензочувствительности напівпровідникових TP і визначається в основному ступенем легування домішками, а також залежністю пружних постійних від температури.
Таким чином, реально існуючі похибки ТП визначаються принципом роботи і технологією виготовлення. Тому для створення уніфікованих датчиків, які забезпечують повну взаємозамінність при установці в різні агрегатовані комплекси і системи, необхідна настройка наступних параметрів:
- напруги U0 (балансування мостової схеми);
- номінального вихідної напруги (градуювання);
- дрейфу нуля в заданому діапазоні температури;
- зміни чутливості перетворювача з температурою.
Балансування мостової схеми найбільш просто здійснюється підлаштування зовнішнім резистором, включеним паралельно або послідовно з одним з плечей моста. Однак таке включення балансуючого резистора може внести додаткову погрішність в температурний дрейф нуля мостової схеми, якщо цей резистор має ТКС, відмінний від ТКС тензорезистора, або якщо він знаходиться при різних температурних умовах з інтегральним тензопреобразователь. Тому при кожній балансуванню переважно використовувати подстроєчниє компоненти, виготовлені на одній підкладці з мембраною за один технологічний цикл, а отже, мають температурні характеристики, близькі до характеристик тензорезистора. Такими компонентами можуть бути, наприклад, магазини дифузійних резисторів [5].
Іншим методом балансування є включення послідовно з вимірювальною діагоналлю моста балансуючого напруги. Якщо для посилення сигналу ТП використовується операційний підсилювач (ОУ), то таке балансирующее напруга може забезпечити схема зовнішньої регулювання напруги зсуву нуля підсилювача (резистори R3, R4, R5, R6 на малюнку 2.3).
Малюнок 2.3 - Балансування мостової схеми за допомогою зовнішньої регулювання напруги зсуву нуля операційного підсилювача
Градуювання можлива шляхом зміни живлячої напруги (або струму) або включення паралельно вихідний діагоналі моста шунтирующего опору. Однак найбільш прийнятним для цієї мети є регулювання коефіцієнта посилення подальшого підсилювача, що входить в схему ТП. Перспективні операційні підсилювачі, виготовлені на одному кристалі з тензорезисторами або є складовою частиною гібридного інтегрального тензопреобразователя. Резистори зворотного зв'язку ОУ, що визначають коефіцієнт посилення, можна виконатипо тонкоплівкової технології та підлаштовувати їх у цих схемах за допомогою лазера.
Зменшення температурних похибок ТП є однією з основних і найбільш складних завдань, різні способи вирішення якої заслуговують окремого розгляду. Питання мінімізації температурних похибок повинен частково вирішуватися вже на стадії проектування приладів, на етапі вибору конкретного конструктивно-технологічного рішення. Самі ж методи термокомпенсации, використовувані на цьому етапі, можна назвати конструктивно-технологічними, на відміну від схемних і алгоритмічних методів, використовуваних після виготовлення чутливого елемента.
2.2 Фактори, що визначають температурну залежність характеристик тензопреобразователь
Температурна залежність характеристик інтегральних тензопреобразователь, в першу чергу, визначається фізичними властивостями напівпровідників, а також особливостями конкретного конструктивного оформлення тензомодуля в корпусі приладу. Розглянемо ці фактори і деякі конструктивно-технологічні способи термокомпенсации.
Залежність рухливості і концентрації носіїв заряду в напівпровіднику від температури обумовлює температурну залежність опо...
