WO2009005394A1 - Device for measuring mechanical quantities (variants) and a method for the production thereof - Google Patents

Device for measuring mechanical quantities (variants) and a method for the production thereof Download PDF

Info

Publication number
WO2009005394A1
WO2009005394A1 PCT/RU2007/000697 RU2007000697W WO2009005394A1 WO 2009005394 A1 WO2009005394 A1 WO 2009005394A1 RU 2007000697 W RU2007000697 W RU 2007000697W WO 2009005394 A1 WO2009005394 A1 WO 2009005394A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
strain
membrane
strain gauges
elements
glass
Prior art date
Application number
PCT/RU2007/000697
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Nikolay Mikhaylovich Volodin
Original Assignee
Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu 'kosmicheskie Sistemy Spaseniya'
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu 'kosmicheskie Sistemy Spaseniya' filed Critical Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu 'kosmicheskie Sistemy Spaseniya'
Publication of WO2009005394A1 publication Critical patent/WO2009005394A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/04—Means for compensating for effects of changes of temperature, i.e. other than electric compensation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
    • G01L9/0055—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements bonded on a diaphragm

Definitions

  • the invention relates to instrumentation, in particular to sensors intended for use in various fields of science and technology related to the measurement of mechanical quantities.
  • the disadvantage of this sensor is its low sensitivity.
  • the closest technical solution is a pressure sensor containing an elastic element in the form of a thin-walled cylinder with strain gauges glued to the outer surface along the cylinder forming, of which two are active and two are compensation. Strain gages are electrically connected to the bridge circuit "Tensometry in mechanical engineering)) Reference manual, ed. Makarova P.A., M, “Machinery”, 1975, p. 147, fig. 766.
  • a disadvantage of the known design is the low reliability. Another disadvantage of the known design is the reduced sensitivity. A disadvantage of the known design is also the low level of manufacturability associated with the non-identical size and shape of the jumpers connecting the strain gauges to the measuring bridge, which leads to the need for additional sensor settings.
  • Known strain gauge pressure transducer containing a crystal of a semiconductor material of one type of conductivity with a membrane region on which another type of conductivity is formed strain gauges and switching sections connecting the strain gauges in the measuring bridge and with metallized pads on the peripheral region of the crystal, an insulating layer covering the surface of the crystal from the side strain gauges and having openings above metallized areas, and a glass ring connected to the cree thallus of the peripheral region by the strain gages, thus to enhance resistance to aggressive environments and reliability during operation, holes are made in it on the insulating layer under the glass ring and a layer of amorphous crystal material 0.5-5.0 microns thick is applied, covering the insulating layer with the aforementioned holes to metallized sites, and on the layer of amorphous material fixed ring of glass (RU Ns 1431470, G01 L9 / 04, publ. 1996.08.20).
  • a method for manufacturing a strain gauge pressure transducer which consists in forming a strain gauge circuit coated with an insulating layer on a semiconductor wafer, dividing the wafers into crystals, connecting the crystal from the strain gauge side with a glass ring, while increasing reliability in operation and manufacturing in holes are made under the insulating layer under the glass, then the insulating layer with said holes is covered with a layer of an amorphous semiconductor material ala with a thickness of 0.5-5.0 ⁇ m, a glass ring is placed on the layer of amorphous material and an electrical voltage of 1 3 kV is applied between the glass and the crystal at 300-450 ° C.
  • This technical solution was adopted as a prototype for the claimed method and the first embodiment sensor performance.
  • the technical result achieved in this case is to increase the sensitivity of the sensor, increase resistance to aggressive environments and increase reliability during operation and manufacture.
  • the device for measuring mechanical quantities representing a strain gauge transducer containing a metal case in the form of a cylindrical glass with a thin-walled bottom, which is an elastic element in the form of a membrane, on the outer surface of which are formed strain gauges located in the compression and tension zones, switching sections, integrally or by hanging mounting connecting the strain gauges to the measuring bridge and with metallized pads on the peripheral region of the surface of the bottom of the glass, compensation elements for temperature compensation and regulation the output signal, as well as an insulating layer covering these elements on the outer surface of the bottom of the glass, and strain gauges made of samarium monosulfide are mounted on a dielectric layer of aluminum oxide or silicon oxide or silicon dioxide, which is fixed to the outer surface of the bottom of the glass through an adhesive layer, while each arm of the Wheatstone measuring bridge is made of one strain gauge or a group of strain gauges connected in series or parallel to each other, in compression zones in the annular region single strain gauges or groups of strain gauges distantly
  • the membrane is made thickened with respect to the thickness of the membrane in the annular region of the transition of the membrane into the wall of the glass of the circumferential section. design, according to which from the open side the glass can be closed by an additional membrane.
  • the specified technical result is also achieved by the fact that in the system for measuring mechanical quantities, it is a strain gauge transducer containing a metal casing, on the surface of which are mounted strain gages located in the compression and extension zones, switching sections, integrally or by hanging mounting connecting the strain gages to the measuring bridge and with metallized pads on the peripheral area of the housing, compensation elements for temperature compensation and output regulation the bottom of the signal, as well as an insulating layer covering these elements on the surface of the cylinder, and the metal case is made in the form of a cantilever beam with a through hole, the strain gages made of samarium monosulfide are mounted on a dielectric layer of aluminum oxide or silicon oxide or silicon dioxide, which is fixed on the surface metal housing through an adhesive layer of chromium, with each arm of the Wheatstone measuring bridge made of one strain gauge or a group of strain gauges connected by a tionary or in parallel with each other and located in distant areas of maximum deformations of stretch and compression, metallized pad composed of at least
  • the specified technical result for the method is achieved by the fact that in the method of manufacturing a strain gauge sensor, which consists in the fact that they take an elastic element on the surface of which deformation zones are determined from the measured parameter, then at least two zones on the elastic element are determined in which the deformations from the measured parameter have opposite signs, in these zones the conjugate points are determined at which the temperature and temperature deformations at each moment of exposure have the same values and sign (uniform temperature conditions) , in these places two strain gages are installed, which are assembled into a bridge circuit so that the strain gages that perceive deformations of different signs are located in adjacent shoulders, as well as they cover the switching sections connecting the strain gauges to the measuring bridge and with metallized pads, compensation elements for temperature compensation and normalization of the output signal, and cover these electrical elements with an insulating layer that an adhesive layer of chromium is applied to the elastic element, over which a dielectric layer of aluminum oxide is fixed or silicon oxide or silicon dioxide, strain gages are made of samarium monosulfide
  • dielectric and metal elements are evaporated thermally, by an electron gun or magnetron, and samarium monosulfide is evaporated in an explosive manner from a tungsten or tantalum heated boat.
  • FIG. 1 is a transverse section of the sensor in the form of a glass with a flat bottom; first embodiment; FIG. 2 is a view A of FIG. one ; FIG. 3 shows the topology of elements on a flat-center membrane for the embodiment of FIG. one ; FIG. 4 is a cross-sectional view of a sensor in the form of a cantilever beam with a hole, a second embodiment; FIG. 5 is a view A of FIG. four; FIG. 6 is an embodiment of an elastic element; FIG. 7 is a topology of the elements of FIG. 6.
  • strain gauge pressure, force, weight, acceleration, displacement, etc.
  • This strain gauge contains a metal housing
  • FIG. 1 performing the function of an elastic element, which in this embodiment is made in the form of a cylindrical glass with a thin-walled bottom 2, which is an elastic element in the form of a membrane.
  • the first strain gages 3 are placed in the zone of negative (compression zone) deformations, and the second 4 in the zone of positive membrane deformations (tension zone).
  • strain gages located in the compression and extension zones are formed on the outer surface of the membrane.
  • FIG. 3 The topology of the elements on a flat-center membrane for the embodiment of FIG. 1 is shown in FIG. 3.
  • switching sections 5 connecting elements
  • metallized pads on the peripheral region of the surface of the bottom of the glass, in which compensation elements 6 are placed for temperature compensation of sensitivity changes and “drift” of zero, as well as the normalization of the output signal.
  • Contact metallized pads 7 are made of at least two layers, the lower of which has a minimum transient electrical resistance, and the top is designed for soldering (well soldered (Ni, Fe).
  • soldering well soldered (Ni, Fe).
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a sensor in the form of a cantilever beam with a hole. This design is designed to measure strain and load at local application of ultimate force.
  • FIG. 6 - the housing repeats the execution of FIG. 1, but in its central part there is a rigid center, along the edges of which there is a stretching zone.
  • Strain gages are made of samarium monosulfide and are mounted on a dielectric layer of aluminum oxide (ALO3) or silicon oxide (SiO) or silicon dioxide (SiO2), which is fixed to the outer surface of the bottom of the glass through an adhesive layer, for example, of chromium.
  • ALO3 aluminum oxide
  • SiO silicon oxide
  • SiO2 silicon dioxide
  • Each arm of the Wheatstone measuring bridge is made of one strain gauge or a group of strain gauges connected in series or parallel to each other ((for exact balancing of the bridge).
  • In the compression zones in the annular region of the transition of the membrane into the glass wall and in the tension zones in the region of the central part of the membrane circles are single strain gages or groups of strain gages that are distantly located around a circle.
  • deformation zones from the measured parameter are determined, at least two zones on the elastic element are determined in which the deformations from the measured parameter have opposite signs, two or more strain gages are installed in these places, which are assembled into the bridge circuit so that the strain gages sensing deformations of a different sign, located in adjacent shoulders, and also place switching sections connecting strain gages to the measuring bridge and with metallized platforms, compensatory elements for temperature compensation, and normalizing the output signal, and cover said electrically insulating layer elements.
  • an adhesive layer for example, of chromium, is applied to the elastic element, over which a dielectric layer of aluminum oxide or silicon oxide or silicon dioxide is fixed.
  • the reliability of the sensor is uniquely determined by the degree of their attachment to the dielectric substrate, which is basic for them surface.
  • the substrate must be securely attached to the surface of the carrier, that is, the housing.
  • the sensors used a technical technique for the use of such materials that have high adhesive properties with respect to each other.
  • the dielectric layer of aluminum oxide or silicon oxide or silicon dioxide has insufficient adhesion to the body material (metal), but it is well bonded to chromium, which, in turn, has high adhesive properties with metals, which are widely used in electronics for manufacturing electronic devices.
  • metal metal
  • chromium metal
  • these electrical elements are formed on the elastic element by vacuum deposition in the chamber through masks without evacuating the chamber at a temperature of the elastic element in the range of 100-450 ° C, while samarium monosulfide is sprayed to obtain strain gauges in the chamber maintain a vacuum in the range of 10 ⁇ 6 - 10 ⁇ 3 mm.
  • dielectric and metal elements are evaporated thermally, by an electron gun or magnetron, and samarium monosulfide is evaporated in an explosive manner from a tungsten or tantalum boat heated to a certain temperature.
  • the electrical components are covered with a protective electric layer to exclude the influence of the external environment on the electrical part of the sensor.
  • a protective electric layer to exclude the influence of the external environment on the electrical part of the sensor.
  • strain gauges with extended sections located on the central and peripheral thickenings in the zone of influence of minimal deformations from the measured pressure increases manufacturability and reliability due to the exclusion of the possibility of excessive reduction of the width of the strain gauges during laser or erosion adjustment of the values of the strain gauges, as well as due to the location of the sections (extended sections of the strain gauges) in the zone of influence of minimal deformations from the measured pressure, as a result of which o reduces the impact of deformations on damaged as a result of fitting sections of strain gages, which makes resistors more stable and reliable.
  • connecting elements or pads identical in shape and size and placing them symmetrically with respect to the center of the membrane increases manufacturability, as it allows more accurate correction of the additive temperature error due to the possibility of more accurately taking into account the temperature field on the membrane, which, due to the symmetry of the sensor design, is distributed over membrane symmetrically with respect to the center of the membrane.
  • the pressure sensor operates as follows.
  • the measured pressure acts on the inner surfaces of the housing 1.
  • deformations occur on the planar surface of the membrane, which are perceived by Zi 5 strain gauges (or groups of thermistors).
  • the change in the resistance of the strain gages is converted by a bridge circuit, in which the strain gages are included, into the output voltage removed from the contact conductors.
  • the output signal In connection with the partial placement of strain gauges on the surface of the central part of the membrane and the peripheral area adjacent to the surface of the thin part of the membrane, i.e. in the zone of maximum deformations from the measured pressure, the output signal, and, consequently, the sensitivity increases.
  • this arrangement increases the reliability and manufacturability due to improved heat dissipation conditions for dissipated power and increased accuracy of the resistance of the strain gages due to the possibility of increasing the geometric dimensions of the strain gages at given membrane sizes.
  • the implementation of the expanded sections of the strain gages leads to an even greater increase in sensitivity in connection with the placement of most resistance of strain gages in the zone of the greatest deformations from the measured pressure while increasing reliability and manufacturability by increasing the area of the strain gages and the accuracy of their manufacture.
  • the present invention is industrially applicable, as it can be industrially mastered using spraying techniques in a vacuum chamber.

Abstract

The inventive device for measuring mechanical quantities is designed in the form of a strain transducer, comprising a metal body in the form of a cylinder having a thin-walled bottom, on the outside surface of which strain gauges are formed, compensation elements for temperature compensation and for normalising output signal and an insulation layer covering the above-mentioned elements on the outside surface of the cylinder bottom, wherein the strain gauges made of samarium monosulphite are secured to a dielectric layer, which is made of aluminium oxide or silicon oxide or dioxide and is attached to the outside surface of the cylinder bottom through a chromium adhesive layer, each arm of a Wheatstone measuring bridge is formed from one strain gauge or the group of strain gauges which are interconnected in series or in parallel, the single strain gauges or the strain gauges, which are combined into remotely located strain gauge groups, are remotely disposed along a circle in the compression areas in an annular region, where a membrane transforms into the cylinder wall, and in extension areas in the central part of the membrane, and wherein the metallised plates consist of at least two layers, the lower of which has a minimum transition resistance, and the top layer is used for soldering.

Description

Устройство для измерения механических величин (варианты) и способ его изготовления Device for measuring mechanical quantities (options) and method for its manufacture
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением механических величин.The invention relates to instrumentation, in particular to sensors intended for use in various fields of science and technology related to the measurement of mechanical quantities.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Известен тензорезисторный датчик давления, содержащий упругий элемент в виде тонкостенного цилиндра с основанием сферической формы и тензорезисторы, наклеенные вдоль образующей цилиндра /SU NQ 672524, G 01 L23/18, 1977/.Known strain gauge pressure sensor containing an elastic element in the form of a thin-walled cylinder with a spherical base and strain gauges glued along the generatrix of the cylinder / SU NQ 672524, G 01 L23 / 18, 1977 /.
Недостатком этого датчика является малая чувствительность. Наиболее близким техническим решением является датчик давления, содержащий упругий элемент в виде тонкостенного цилиндра с наклеенными на наружной поверхности вдоль образующих цилиндра тензорезисторами, из которых два активных и два компенсационные. Тензорезисторы электрически соединены в мостовую схему «Teнзoмeтpия в машиностроении)) Справочное пособие под ред. Макарова P.A., M, «Maшинocтpoeниe», 1975, c.147, рис. 766 .The disadvantage of this sensor is its low sensitivity. The closest technical solution is a pressure sensor containing an elastic element in the form of a thin-walled cylinder with strain gauges glued to the outer surface along the cylinder forming, of which two are active and two are compensation. Strain gages are electrically connected to the bridge circuit "Tensometry in mechanical engineering)) Reference manual, ed. Makarova P.A., M, “Machinery”, 1975, p. 147, fig. 766.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа для заявленного второго варианта исполнения датчика.This technical solution was made as a prototype for the claimed second embodiment of the sensor.
В датчиках этого типа не реализуется возможность максимального повышения чувствительности из-за нерационального размещения тензорезисторов. Известна конструкция датчика давления, содержащая мембрану с утолщенным периферийным участком и с жестким центром, расположенные равномерно на ее поверхности по радиальным направлениям между жестким центром и утолщенным периферийным участком мембраны тензоэлементы, каждый из которых разделен контактными проводниками на два тензорезистора: расположенных соответственно в зоне положительной и отрицательной деформации, причем, тензорезисторы соединены в мостовую схему, а каждое плечо моста образовано последовательным соединением множества тензорезисторов одноименной деформации [SU NQ 1408263, G01L9/04, 1986]In sensors of this type, the possibility of maximizing the sensitivity due to the irrational placement of strain gages is not realized. A known design of a pressure sensor containing a membrane with a thickened peripheral section and with a rigid center, tensile elements located uniformly on its surface in radial directions between the rigid center and the thickened peripheral section of the membrane, each of which is divided by contact conductors into two strain gauges: located respectively in the positive and negative strain, moreover, the strain gauges are connected to the bridge circuit, and each shoulder of the bridge is formed by a series connection strain gauges of the same strain [SU NQ 1408263, G01L9 / 04, 1986]
Недостатком известной конструкции является невысокая надежность. Другим недостатком известной конструкции является пониженная чувствительность. Недостатком известной конструкции является также низкий уровень технологичности, связанный с неидентичными размерами и формой перемычек, соединяющих тензорезисторы в измерительный мост, что приводит к необходимости дополнительной настройки датчика. Известен тензометрический преобразователь давления, содержащий кристалл из полупроводникового материала одного типа проводимости с мембранной областью, на которой сформированы другого типа проводимости тензорезисторы и коммутационные участки, соединяющие тензорезисторы в измерительный мост и с металлизированными площадками на периферийной области кристалла, изоляционный слой, покрывающий поверхность кристалла со стороны тензорезисторов и имеющий отверстия над металлизированными площадками, и кольцо из стекла, соединенное с кристаллом по периферийной области со стороны тензорезисторов, при этом для повышения стойкости к агрессивным средам и надежности при эксплуатации, в нем на изоляционном слое под кольцом из стекла выполнены отверстия и нанесен слой аморфного материала кристалла толщиной 0,5-5,0 мкм, покрывающий изоляционный слой с упомянутыми отверстиями до металлизированных площадок, а на слое из аморфного материала закреплено кольцо из стекла (RU Ns 1431470, G01 L9/04, опубл. 1996.08.20).A disadvantage of the known design is the low reliability. Another disadvantage of the known design is the reduced sensitivity. A disadvantage of the known design is also the low level of manufacturability associated with the non-identical size and shape of the jumpers connecting the strain gauges to the measuring bridge, which leads to the need for additional sensor settings. Known strain gauge pressure transducer containing a crystal of a semiconductor material of one type of conductivity with a membrane region on which another type of conductivity is formed strain gauges and switching sections connecting the strain gauges in the measuring bridge and with metallized pads on the peripheral region of the crystal, an insulating layer covering the surface of the crystal from the side strain gauges and having openings above metallized areas, and a glass ring connected to the cree thallus of the peripheral region by the strain gages, thus to enhance resistance to aggressive environments and reliability during operation, holes are made in it on the insulating layer under the glass ring and a layer of amorphous crystal material 0.5-5.0 microns thick is applied, covering the insulating layer with the aforementioned holes to metallized sites, and on the layer of amorphous material fixed ring of glass (RU Ns 1431470, G01 L9 / 04, publ. 1996.08.20).
Из этого же источника известен способ изготовления тензометрического преобразователя давления, заключающийся в формировании на полупроводниковой пластине тензометрической схемы, покрытой изоляционным слоем, разделении пластин на кристаллы, соединении кристалла со стороны тензометрической схемы с кольцом из стекла, при этом для повышения надежности в эксплуатации и изготовлении в изоляционном слое под стеклом выполняют отверстия, затем покрывают изоляционный слой с упомянутыми отверстиями слоем аморфного полупроводникового материала толщиной 0,5-5,0 мкм, устанавливают на слой аморфного материала кольцо из стекла и прикладывают электрическое напряжение 1 3 кВ между стеклом и кристаллом при 300-450° С. Данное техническое решение принято в качестве прототипа для заявленного способа и первого варианта исполнения датчика.From the same source, a method for manufacturing a strain gauge pressure transducer is known, which consists in forming a strain gauge circuit coated with an insulating layer on a semiconductor wafer, dividing the wafers into crystals, connecting the crystal from the strain gauge side with a glass ring, while increasing reliability in operation and manufacturing in holes are made under the insulating layer under the glass, then the insulating layer with said holes is covered with a layer of an amorphous semiconductor material ala with a thickness of 0.5-5.0 μm, a glass ring is placed on the layer of amorphous material and an electrical voltage of 1 3 kV is applied between the glass and the crystal at 300-450 ° C. This technical solution was adopted as a prototype for the claimed method and the first embodiment sensor performance.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении чувствительности датчика, повышении стойкости к агрессивным средам и повышении надежности при эксплуатации и изготовлении.The technical result achieved in this case is to increase the sensitivity of the sensor, increase resistance to aggressive environments and increase reliability during operation and manufacture.
Указанный технический результат достигается тем, что устройстве для измерения механических величин, представляющее собой тензометрический преобразователь, содержащий металлический корпус в виде цилиндрического стакана с тонкостенным дном, являющимся упругим элементом в виде мембраны, на наружной поверхности которой сформированы тензорезисторы, расположенные в зонах сжатия и растяжения, коммутационные участки, интегрально или навесным монтажем соединяющие тензорезисторы в измерительный мост и с металлизированными площадками на периферийной области поверхности дна стакана, компенсационные элементы для температурной компенсации и нормирования выходного сигнала, а так же изоляционный слой, покрывающий указанные элементы на наружной поверхности дна стакана, а тензорезисторы из моносульфида самария закреплены на диэлектрическом слое из окиси алюминия или окиси кремния или двуокиси кремния, который закреплен на наружной поверхности дна стакана через адгезионный слой, при этом каждое плечо измерительного моста Уитстона выполнено из одного тензорезистора или группы тензорезисторов, соединенных последовательно или параллельно между собой, в зонах сжатия в кольцевой области перехода мембраны в стенку стакана и в зонах растяжения в области центральной части мембраны размещены дистантно по окружности одиночные тензорезисторы или объединенные в дистантно расположенные по окружности группы тензорезисторов, металлизированные площадки состоят из по крайней мере двух слоев, нижний из которых имеет минимальное переходное электрическое сопротивление, а верхний предназначен для пайки.The specified technical result is achieved by the fact that the device for measuring mechanical quantities, representing a strain gauge transducer containing a metal case in the form of a cylindrical glass with a thin-walled bottom, which is an elastic element in the form of a membrane, on the outer surface of which are formed strain gauges located in the compression and tension zones, switching sections, integrally or by hanging mounting connecting the strain gauges to the measuring bridge and with metallized pads on the peripheral region of the surface of the bottom of the glass, compensation elements for temperature compensation and regulation the output signal, as well as an insulating layer covering these elements on the outer surface of the bottom of the glass, and strain gauges made of samarium monosulfide are mounted on a dielectric layer of aluminum oxide or silicon oxide or silicon dioxide, which is fixed to the outer surface of the bottom of the glass through an adhesive layer, while each arm of the Wheatstone measuring bridge is made of one strain gauge or a group of strain gauges connected in series or parallel to each other, in compression zones in the annular region single strain gauges or groups of strain gauges distantly located around the circumference are placed in the cup wall and in the tension zones in the region of the central part of the membrane, metallized platforms consist of at least two layers, the lower of which has a minimum transient electrical resistance, and the top is for soldering.
При этом в зоне сжатия мембрана выполнена утолщенной по отношению к толщине мембраны в кольцевой области перехода мембраны в стенку стакана окружного участка.. Возможно исполнение, согласно которому с открытой стороны стакан может быть закрыт дополнительной мембраной.Moreover, in the compression zone, the membrane is made thickened with respect to the thickness of the membrane in the annular region of the transition of the membrane into the wall of the glass of the circumferential section. design, according to which from the open side the glass can be closed by an additional membrane.
Указанный технический результат так же достигается тем, в стройстве для измерения механических величин, представляющее собой тензометрический преобразователь, содержащий металлический корпус, на поверхности которого закреплены тензорезисторы, расположенные в зонах сжатия и растяжения, коммутационные участки, интегрально или навесным монтажем соединяющие тензорезисторы в измерительный мост и с металлизированными площадками на периферийной области корпуса, компенсационные элементы для температурной компенсации и нормирования выходного сигнала, а так же изоляционный слой, покрывающий указанные элементы на поверхности цилиндра, а металлический корпус выполнен в виде консольной балки со сквозным отверстием, тензорезисторы из моносульфида самария закреплены на диэлектрическом слое из окиси алюминия или окиси кремния или двуокиси кремния, который закреплен на поверхности металлического корпуса через адгезионный слой из хрома, при этом каждое плечо измерительного моста Уитстона выполнено из одного тензорезистора или группы тензорезисторов, соединенных последовательно или параллельно между собой и расположенные дистантно в зонах максимальных деформаций растяжения и сжатия, металлизированные площадки состоят из по крайней мере, двух слоев, нижний из которых имеет минимальное переходное электрическое сопротивление, а верхний предназначен для пайки.The specified technical result is also achieved by the fact that in the system for measuring mechanical quantities, it is a strain gauge transducer containing a metal casing, on the surface of which are mounted strain gages located in the compression and extension zones, switching sections, integrally or by hanging mounting connecting the strain gages to the measuring bridge and with metallized pads on the peripheral area of the housing, compensation elements for temperature compensation and output regulation the bottom of the signal, as well as an insulating layer covering these elements on the surface of the cylinder, and the metal case is made in the form of a cantilever beam with a through hole, the strain gages made of samarium monosulfide are mounted on a dielectric layer of aluminum oxide or silicon oxide or silicon dioxide, which is fixed on the surface metal housing through an adhesive layer of chromium, with each arm of the Wheatstone measuring bridge made of one strain gauge or a group of strain gauges connected by a tionary or in parallel with each other and located in distant areas of maximum deformations of stretch and compression, metallized pad composed of at least two layers, the lower of which has a minimal transient electric resistance, and the upper is intended for soldering.
Указанный технический результат для способа достигается тем, что в способе изготовления тензорезисторного датчика, заключающийся в том, что берут упругий элемент, на поверхности которого определены зоны деформации от измеряемого параметра, затем определяют, как минимум, две зоны на упругом элементе, в которых деформации от измеряемого параметра имеют противоположные знаки, в этих зонах определяют сопряженные точки, в которых температура и температурные деформации в каждый момент времени воздействия имеют одинаковые значения и знак (равномерные температурные условия), в этих местах устанавливают по два тензорезистора, которые собирают в мостовую схему таким образом, чтобы тензорезисторы, воспринимающие деформации разного знака, располагались в смежных плечах, а так же размещают коммутационные участки, соединяющие тензорезисторы в измерительный мост и с металлизированными площадками, компенсационные элементы для температурной компенсации и нормирования выходного сигнала, и покрывают указанные электрические элементы изоляционным слоем, что на упругий элемент наносят адгезионный слой из хрома, поверх которого закрепляют диэлектрический слой из окиси алюминия или окиси кремния или двуокиси кремния, тензорезисторы выполняют из моносульфида самария, указанные электрические элементы формируют на упругом элементе путем вакуумированного осаждения в камере через маски без развакуумирования камеры при температуре упругого элемента в пределах 100-450°C, при этом во время напыления моносульфида самария для получения тензорезисторов в камере поддерживают вакуум в пределах 10~6- 10~3 мм. рт. ст., диэлектрические и металлические элементы испаряют термически, электронной пушкой или магнетроном, а моносульфид самария испаряют взрывным способом из вольфрамовой или танталовой нагретой лодочки. Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.The specified technical result for the method is achieved by the fact that in the method of manufacturing a strain gauge sensor, which consists in the fact that they take an elastic element on the surface of which deformation zones are determined from the measured parameter, then at least two zones on the elastic element are determined in which the deformations from the measured parameter have opposite signs, in these zones the conjugate points are determined at which the temperature and temperature deformations at each moment of exposure have the same values and sign (uniform temperature conditions) , in these places two strain gages are installed, which are assembled into a bridge circuit so that the strain gages that perceive deformations of different signs are located in adjacent shoulders, as well as they cover the switching sections connecting the strain gauges to the measuring bridge and with metallized pads, compensation elements for temperature compensation and normalization of the output signal, and cover these electrical elements with an insulating layer that an adhesive layer of chromium is applied to the elastic element, over which a dielectric layer of aluminum oxide is fixed or silicon oxide or silicon dioxide, strain gages are made of samarium monosulfide, these electrical elements form elastically element by a vacuum deposition chamber without release of the vacuum through the mask chamber at a temperature of the elastic member within 100-450 ° C, wherein the Samarium monosulphide during deposition to obtain the strain gauges in the chamber is maintained vacuum in the range of 10 6 ~ - 10 ~ 3 mm. Hg. Art., dielectric and metal elements are evaporated thermally, by an electron gun or magnetron, and samarium monosulfide is evaporated in an explosive manner from a tungsten or tantalum heated boat. These features are significant and are interconnected with the formation of a stable set of essential features sufficient to obtain the desired technical result.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата. На фиг. 1 - поперечный разрез датчика в виде стакана с плоским дном первый пример исполнения; фиг. 2 - вид А по фиг. 1 ; фиг. 3 - показана топология элементов на мембране с плоским центром для примера исполнения по фиг. 1 ; фиг. 4 - поперечный разрез датчика в виде консольной балки с отверстием , второй пример исполнения; фиг. 5 - вид А по фиг. 4; фиг. 6 - вариант исполнения упругого элемента; фиг. 7 - топология элементов по фиг. 6.The present invention is illustrated by specific examples of execution, which, however, are not the only possible, but clearly demonstrate the ability to achieve the desired technical result. In FIG. 1 is a transverse section of the sensor in the form of a glass with a flat bottom; first embodiment; FIG. 2 is a view A of FIG. one ; FIG. 3 shows the topology of elements on a flat-center membrane for the embodiment of FIG. one ; FIG. 4 is a cross-sectional view of a sensor in the form of a cantilever beam with a hole, a second embodiment; FIG. 5 is a view A of FIG. four; FIG. 6 is an embodiment of an elastic element; FIG. 7 is a topology of the elements of FIG. 6.
Лучшие варианты осуществления изобретения.The best embodiments of the invention.
Согласно настоящему изобретению рассматривается конструкция устройства для измерения механических величинAccording to the present invention, the construction of a device for measuring mechanical quantities is considered.
(давления, силы, веса, ускорения, перемещения и т.д.), которое представляет собой тензометрический преобразователь. Данный тензометрический преобразователь содержит металлический корпус(pressure, force, weight, acceleration, displacement, etc.), which is a strain gauge. This strain gauge contains a metal housing
1 (фиг. 1 ), выполняющий функцию упругого элемента, который в этом примере исполнения выполнен в виде цилиндрического стакана с тонкостенным дном 2, являющимся упругим элементом в виде мембраны. На наружной поверхности дна стакана закреплены две или более пары идентичных по форме и размерам тензорезисторов, соединенных в мостовую измерительную схему Уитстона, первые тензорезисторы 3 размещены в зоне отрицательных (зона сжатия) деформаций, а вторые 4 - в зоне положительных деформаций мембраны (зона растяжения). Таким образом, на наружной поверхности мембраны сформированы тензорезисторы, расположенные в зонах сжатия и растяжения.1 (Fig. 1), performing the function of an elastic element, which in this embodiment is made in the form of a cylindrical glass with a thin-walled bottom 2, which is an elastic element in the form of a membrane. On the outer surface of the bottom of the glass are fixed two or more pairs of strain gages identical in shape and size connected to the Wheatstone bridge measuring circuit, the first strain gages 3 are placed in the zone of negative (compression zone) deformations, and the second 4 in the zone of positive membrane deformations (tension zone). Thus, strain gages located in the compression and extension zones are formed on the outer surface of the membrane.
Топология элементов на мембране с плоским центром для примера исполнения по фиг. 1 представлена на фиг. 3. На наружной поверхности дна стакана закреплены коммутационные участки 5 (соединительные элементы), интегрально или навесным монтажем соединяющие тензорезисторы 3 и 5 в измерительный мост и с металлизированными площадками на периферийной области поверхности дна стакана, в которой размещены компенсационные элементы 6 для температурной компенсации изменения чувствительности и «дpeйфa» нуля, а также нормирования выходного сигнала. Контактные металлизированные площадки 7 выполнены из, по крайней мере, двух слоев, нижний из которых имеет минимальное переходное электрическое сопротивление, а верхний предназначен для пайки (хорошо паяется (Ni, Fe). В зонах сжатия и растяжения расположены несколько одиночных тензорезисторов или группы тензорезисторов с целью выбора оптимальных метрологических характеристик, или получения многоканальных устройств. Сверху все электрические элементы покрыты изоляционным слоем.The topology of the elements on a flat-center membrane for the embodiment of FIG. 1 is shown in FIG. 3. On the outer surface of the bottom of the glass, switching sections 5 (connecting elements) are fixed, integrally or by hanging mounting connecting the strain gauges 3 and 5 to the measuring bridge and with metallized pads on the peripheral region of the surface of the bottom of the glass, in which compensation elements 6 are placed for temperature compensation of sensitivity changes and “drift” of zero, as well as the normalization of the output signal. Contact metallized pads 7 are made of at least two layers, the lower of which has a minimum transient electrical resistance, and the top is designed for soldering (well soldered (Ni, Fe). In the compression and tension zones are several single strain gages or groups of strain gages with the purpose of choosing the optimal metrological characteristics, or to obtain multichannel devices.
Варианты иного исполнения корпуса по фиг. 1 показаны на фиг. 4, 5, 6. На фиг. 4 представлен поперечный разрез датчика в виде консольно закрепленной балки с отверстием. Такая конструкция рассчитана на измерение деформаций и нагрузки при локальном приложении концевой силы. А на фиг. 6 - корпус повторяет исполнение по фиг. 1 , но в ее центральной части расположен жесткий центр, по краям которого расположена зона растяжения.Variants of a different embodiment of the housing of FIG. 1 are shown in FIG. 4, 5, 6. In FIG. 4 is a cross-sectional view of a sensor in the form of a cantilever beam with a hole. This design is designed to measure strain and load at local application of ultimate force. And in FIG. 6 - the housing repeats the execution of FIG. 1, but in its central part there is a rigid center, along the edges of which there is a stretching zone.
Тензорезисторы выполняются из моносульфида самария и закреплены на диэлектрическом слое из окиси алюминия (ALOз)или окиси кремния (SiO) или двуокиси кремния (SЮг), который закреплен на наружной поверхности дна стакана через адгезионный слой, например, из хрома. Каждое плечо измерительного моста Уитстона выполнено из одного тензорезистора или группы тензорезисторов, соединенных последовательно или параллельно между собой ((для точной балансировки моста). В зонах сжатия в кольцевой области перехода мембраны в стенку стакана и в зонах растяжения в области центральной части мембраны размещены дистантно по окружности одиночные тензорезисторы или объединенные в дистантно расположенные по окружности группы тензорезисторов. Данные датчики изготавливаются следующим образом. На поверхности упругого элемента определяют зоны деформации от измеряемого параметра, определяют как минимум две зоны на упругом элементе, в которых деформации от измеряемого параметра имеют противоположные знаки, в этих местах устанавливают по два или более тензорезистора, которые собирают в мостовую схему таким образом, чтобы тензорезисторы, воспринимающие деформации разного знака, располагались в смежных плечах, а так же размещают коммутационные участки, соединяющие тензорезисторы в измерительный мост и с металлизированными площадками, компенсационные элементы для температурной компенсации и нормирования выходного сигнала, и покрывают указанные электрические элементы изоляционным слоем. Такая технология изготовления хорошо описана в прототипе для этого объекта. Особенностью нового способа является то, что сначала на упругий элемент наносят адгезионный слой, например, из хрома, поверх которого закрепляют диэлектрический слой из окиси алюминия или окиси кремния или двуокиси кремния. Так как электрические элементы (тензорезисторы, соединительные элементы, контактные площадки) выполняются напылением и относятся к пленочным элементам, то надежность датчика (его эксплуатационная долговечность и возможность реализации функции формировании разностных сигналов) однозначно определяется степенью их прикрепления к диэлектрической подложке, которая является для них базовой поверхностью. В свою очередь, подложка должна надежно крепиться на поверхности носителя, то есть корпуса. Учитывая, что и подложка и корпус и электрические элементы изготавливаются из разнородных материалов, то в рамках данной заявки в разработках датчики использован технический прием применения таких материалов, которые по отношению к друг другу имеют высокие адгезионные свойства. Например, диэлектрический слой из окиси алюминия или окиси кремния или двуокиси кремния имеет недостаточную сцепляемость с материалом корпуса (металлом), но при этом хорошо соединяется с хромом, который, в свою очередь, обладает высокими адгезивными свойствами с металлами, которые широко используются в электронике при изготовлении электронных приборов. То же самое относится и к тому материалу как моносульфид самария, из кторого изготовлены тензорезисторы.Strain gages are made of samarium monosulfide and are mounted on a dielectric layer of aluminum oxide (ALO3) or silicon oxide (SiO) or silicon dioxide (SiO2), which is fixed to the outer surface of the bottom of the glass through an adhesive layer, for example, of chromium. Each arm of the Wheatstone measuring bridge is made of one strain gauge or a group of strain gauges connected in series or parallel to each other ((for exact balancing of the bridge). In the compression zones in the annular region of the transition of the membrane into the glass wall and in the tension zones in the region of the central part of the membrane circles are single strain gages or groups of strain gages that are distantly located around a circle.These sensors are made as follows. about the element, deformation zones from the measured parameter are determined, at least two zones on the elastic element are determined in which the deformations from the measured parameter have opposite signs, two or more strain gages are installed in these places, which are assembled into the bridge circuit so that the strain gages sensing deformations of a different sign, located in adjacent shoulders, and also place switching sections connecting strain gages to the measuring bridge and with metallized platforms, compensatory elements for temperature compensation, and normalizing the output signal, and cover said electrically insulating layer elements. Such manufacturing techniques are well described in the prototype for this facility. A feature of the new method is that first, an adhesive layer, for example, of chromium, is applied to the elastic element, over which a dielectric layer of aluminum oxide or silicon oxide or silicon dioxide is fixed. Since electrical elements (strain gauges, connecting elements, contact pads) are sprayed and relate to film elements, the reliability of the sensor (its operational durability and the ability to implement the function of generating differential signals) is uniquely determined by the degree of their attachment to the dielectric substrate, which is basic for them surface. In turn, the substrate must be securely attached to the surface of the carrier, that is, the housing. Considering that both the substrate and the housing and electrical elements are made of dissimilar materials, in the framework of this application, the sensors used a technical technique for the use of such materials that have high adhesive properties with respect to each other. For example, the dielectric layer of aluminum oxide or silicon oxide or silicon dioxide has insufficient adhesion to the body material (metal), but it is well bonded to chromium, which, in turn, has high adhesive properties with metals, which are widely used in electronics for manufacturing electronic devices. The same applies to the material as samarium monosulfide, from which strain gages are made.
Согласно настоящему способу указанные электрические элементы формируют на упругом элементе путем вакуумированного осаждения в камере через маски без развакуумирования камеры при температуре упругого элемента в пределах 100-450°C, при этом во время напыления моносульфида самария для получения тензорезисторов в камере поддерживают вакуум в пределах 10~6- 10~3 мм. рт. ст., диэлектрические и металлические элементы испаряют термически, электронной пушкой или магнетроном, а моносульфид самария испаряют взрывным способом из вольфрамовой или танталовой лодочки, нагретой до определенной температуры.According to the present method, these electrical elements are formed on the elastic element by vacuum deposition in the chamber through masks without evacuating the chamber at a temperature of the elastic element in the range of 100-450 ° C, while samarium monosulfide is sprayed to obtain strain gauges in the chamber maintain a vacuum in the range of 10 ~ 6 - 10 ~ 3 mm. Hg. Art., dielectric and metal elements are evaporated thermally, by an electron gun or magnetron, and samarium monosulfide is evaporated in an explosive manner from a tungsten or tantalum boat heated to a certain temperature.
После напыления электрические компоненты покрываются защитным электрическим слоем для исключения воздействия внешней среды на электрическую часть датчика. Возможность увеличения размеров тензорезисторов при заданных размерах мембраны увеличивает точность выполнения номиналов тензорезисторов, что уменьшает трудоемкость настрочных операций, а следовательно повышает технологичность. Надежность в предлагаемой конструкции повышается также за счет исключения резких зон перехода мембраны к поверхностям в зонах воздействия деформаций от измеряемого давления, Плавное сопряжения с прилегающими поверхностями обеспечивает плавное распределение деформаций в переходных зонах, устраняет резкие пики деформаций, которые могут привести к появлению микротрещин в местах перехода и даже к повреждению мембраны. Выполнение тензорезисторов с расширенными участками, размещенными на центральном и периферийном утолщениях в зоне воздействия минимальных деформаций от измеряемого давления, повышает технологичность и надежность вследствие исключения возможности чрезмерного уменьшения ширины тензорезисторов при лазерной или эрозионной подгонке номиналов тензорезисторов, а также вследствие расположения участков (расширенных участков тензорезисторов) в зоне воздействия минимальных деформаций от измеряемого давления, в результате чего существенно уменьшается воздействие деформаций на поврежденные в результате подгонки участки тензорезисторов, что делает резисторы более стабильными и надежными.After spraying, the electrical components are covered with a protective electric layer to exclude the influence of the external environment on the electrical part of the sensor. The possibility of increasing the size of the strain gages for a given membrane size increases the accuracy of the performance of the strain gages, which reduces the complexity of the tuning operations, and therefore improves manufacturability. Reliability in the proposed design is also enhanced by eliminating sharp areas of transition of the membrane to the surfaces in the areas affected by deformations from the measured pressure. Smooth interfacing with adjacent surfaces ensures a smooth distribution of deformations in the transition zones, eliminates sharp peaks of deformations that can lead to microcracks at the transition points and even damage to the membrane. The implementation of strain gauges with extended sections located on the central and peripheral thickenings in the zone of influence of minimal deformations from the measured pressure increases manufacturability and reliability due to the exclusion of the possibility of excessive reduction of the width of the strain gauges during laser or erosion adjustment of the values of the strain gauges, as well as due to the location of the sections (extended sections of the strain gauges) in the zone of influence of minimal deformations from the measured pressure, as a result of which o reduces the impact of deformations on damaged as a result of fitting sections of strain gages, which makes resistors more stable and reliable.
Выполнение соединительных элементов или площадок идентичными по форме и размерам и размещение их симметрично относительно центра мембраны повышает технологичность, так как позволяет более точно проводить коррекцию аддитивной температурной погрешности в связи с возможностью более точного учета температурного поля на мембране, которое в силу симметричности конструкции датчика распределяется на мембране симметрично относительно центра мембраны.Making the connecting elements or pads identical in shape and size and placing them symmetrically with respect to the center of the membrane increases manufacturability, as it allows more accurate correction of the additive temperature error due to the possibility of more accurately taking into account the temperature field on the membrane, which, due to the symmetry of the sensor design, is distributed over membrane symmetrically with respect to the center of the membrane.
Датчик давления работает следующим образом. Измеряемое давления воздействует на внутренние поверхности корпуса 1. В результате этого на планарной поверхности мембраны возникают деформации, которые воспринимаются тензорезисторами Зи 5 (или группами терморезисторов). Изменение сопротивлений тензорезисторов преобразуется мостовой схемой, в которую включены тензорезисторы, в выходное напряжение, снимаемое с контактных проводников. В связи с частичным размещением тензорезисторов на поверхности центральной части мембраны и периферийного участка, прилегающего к поверхности тонкой части мембраны, т.е. в зоне максимальных деформаций от измеряемого давления, выходной сигнал, и, следовательно и чувствительность увеличиваеюся. Кроме того, такое расположение повышает надежность и технологичность вследствие улучшения условий теплоотвода рассеиваемой мощности и повышения точности выполнения сопротивления тензорезисторов за счет возможности увеличения геометрических размеров тензорезисторов при заданных размерах мембраны. Выполнение расширенных участков тензорезисторов приводит к еще большему увеличению чувствительности в связи с размещением большей части сопротивления тензорезисторов в зоне воздействия наибольших деформаций от измеряемого давления при одновременном повышении надежности и технологичности за счет повышения площади тензорезисторов и точности их изготовления.The pressure sensor operates as follows. The measured pressure acts on the inner surfaces of the housing 1. As a result, deformations occur on the planar surface of the membrane, which are perceived by Zi 5 strain gauges (or groups of thermistors). The change in the resistance of the strain gages is converted by a bridge circuit, in which the strain gages are included, into the output voltage removed from the contact conductors. In connection with the partial placement of strain gauges on the surface of the central part of the membrane and the peripheral area adjacent to the surface of the thin part of the membrane, i.e. in the zone of maximum deformations from the measured pressure, the output signal, and, consequently, the sensitivity increases. In addition, this arrangement increases the reliability and manufacturability due to improved heat dissipation conditions for dissipated power and increased accuracy of the resistance of the strain gages due to the possibility of increasing the geometric dimensions of the strain gages at given membrane sizes. The implementation of the expanded sections of the strain gages leads to an even greater increase in sensitivity in connection with the placement of most resistance of strain gages in the zone of the greatest deformations from the measured pressure while increasing reliability and manufacturability by increasing the area of the strain gages and the accuracy of their manufacture.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Настоящее изобретение промышленно применимо, так как может быть промышленно освоено с использованием технологий напыления в вакуумной камере. The present invention is industrially applicable, as it can be industrially mastered using spraying techniques in a vacuum chamber.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Устройство для измерения механических величин, представляющее собой тензометрический преобразователь, содержащий металлический корпус в виде цилиндрического стакана с тонкостенным дном, являющимся упругим элементом в виде мембраны, на наружной поверхности которой сформированы тензорезисторы, расположенные в зонах сжатия и растяжения, коммутационные участки, интегрально или навесным монтажем соединяющие тензорезисторы в измерительный мост и с металлизированными площадками на периферийной области поверхности дна стакана, компенсационные элементы для температурной компенсации и нормирования выходного сигнала, а так же изоляционный слой, покрывающий указанные элементы на наружной поверхности дна стакана, отличающееся тем, что тензорезисторы из моносульфида самария закреплены на диэлектрическом слое из окиси алюминия или окиси кремния или двуокиси кремния, который закреплен на наружной поверхности дна стакана через адгезионный слой, при этом каждое плечо измерительного моста Уитстона выполнено из одного тензорезистора или группы тензорезисторов, соединенных последовательно или параллельно между собой, в зонах сжатия в кольцевой области перехода мембраны в стенку стакана и в зонах растяжения в области центральной части мембраны размещены дистантно по окружности одиночные тензорезисторы или объединенные в дистантно расположенные по окружности группы тензорезисторов, металлизированные площадки состоят из по крайней мере двух слоев, нижний из которых имеет минимальное переходное электрическое сопротивление, а верхний предназначен для пайки. 1. A device for measuring mechanical quantities, which is a strain gauge containing a metal casing in the form of a cylindrical glass with a thin-walled bottom, which is an elastic element in the form of a membrane, on the outer surface of which strain gages are formed located in the compression and tension zones, switching sections, integrally or by mounting, connecting strain gages to the measuring bridge and with metallized platforms on the peripheral region of the bottom surface of the glass, comp insulating elements for temperature compensation and normalization of the output signal, as well as an insulating layer covering these elements on the outer surface of the bottom of the glass, characterized in that the strain gages of samarium monosulfide are mounted on a dielectric layer of aluminum oxide or silicon oxide or silicon dioxide, which is fixed on the outer surface of the bottom of the glass through the adhesive layer, with each arm of the Wheatstone measuring bridge made of one strain gauge or a group of strain gauges connected sequentially or parallel to each other, in the compression zones in the annular region of the transition of the membrane into the glass wall and in the tension zones in the region of the central part of the membrane, single strain gages are located distantly or groups of strain gages distantly located around the circumference, metallized areas consist of at least two layers, the lower of which has a minimum transient electrical resistance, and the upper is designed for soldering.
2. Устройство по п. 1 , отличающееся тем, что в зоне сжатия мембрана выполнена утолщенной по отношению к толщине мембраны в кольцевой области перехода мембраны в стенку стакана окружного участка.2. The device according to p. 1, characterized in that in the compression zone the membrane is made thickened with respect to the thickness of the membrane in the annular region of transition of the membrane into the wall of the glass of the peripheral section.
3. Устройство по п. 1 , отличающееся тем, что с открытой стороны стакан закрыт дополнительной мембраной.3. The device according to p. 1, characterized in that on the open side the glass is closed by an additional membrane.
4. Устройство для измерения механических величин, представляющее собой тензометрический преобразователь, содержащий металлический корпус, на поверхности которого закреплены тензорезисторы, расположенные в зонах сжатия и растяжения, коммутационные участки, интегрально или навесным монтажем соединяющие тензорезисторы в измерительный мост и с металлизированными площадками на периферийной области корпуса, компенсационные элементы для температурной компенсации и нормирования выходного сигнала, а так же изоляционный слой, покрывающий указанные элементы на поверхности цилиндра, отличающееся тем, что металлический корпус выполнен в виде консольной балки со сквозным отверстием, тензорезисторы из моносульфида самария закреплены на диэлектрическом слое из окиси алюминия или окиси кремния или двуокиси кремния, который закреплен на поверхности металлического корпуса через адгезионный слой из хрома, при этом каждое плечо измерительного моста Уитстона выполнено из одного тензорезистора или группы тензорезисторов, соединенных последовательно или параллельно между собой и расположенные дистантно в зонах максимальных деформаций растяжения и сжатия, металлизированные площадки состоят из по крайней мере, двух слоев, нижний из которых имеет минимальное переходное электрическое сопротивление, а верхний предназначен для пайки.4. A device for measuring mechanical quantities, which is a strain gauge transducer containing a metal casing, on the surface of which are mounted strain gages located in the compression and tension zones, switching sections that integrally or hinged connect the strain gages to the measuring bridge and with metallized platforms on the peripheral region of the housing , compensation elements for temperature compensation and normalization of the output signal, as well as an insulating layer covering the indicated elements on the surface of the cylinder, characterized in that the metal body is made in the form of a cantilever beam with a through hole, strain sensors made of samarium monosulfide are mounted on a dielectric layer of aluminum oxide or silicon oxide or silicon dioxide, which is fixed to the surface of the metal body through an adhesive layer of chromium while each arm of the Wheatstone measuring bridge is made of one strain gauge or a group of strain gauges connected in series or parallel to each other located in distant areas of maximum deformations of stretch and compression, metallized pad composed of at least two layers, the lower of which has a minimal transient electric resistance, and the upper is intended for soldering.
5. Способ изготовления тензорезисторного датчика, заключающийся в том, что берут упругий элемент, на поверхности которого определены зоны деформации от измеряемого параметра, затем определяют, как минимум, две зоны на упругом элементе, в которых деформации от измеряемого параметра имеют противоположные знаки, в этих зонах определяют сопряженные точки, в которых температура и температурные деформации в каждый момент времени воздействия имеют одинаковые значения и знак (равномерные температурные условия), в этих местах устанавливают по два тензорезистора, которые собирают в мостовую схему таким образом, чтобы тензорезисторы, воспринимающие деформации разного знака, располагались в смежных плечах, а так же размещают коммутационные участки, соединяющие тензорезисторы в измерительный мост и с металлизированными площадками, компенсационные элементы для температурной компенсации и нормирования выходного сигнала, и покрывают указанные электрические элементы изоляционным слоем, отличающийся тем, что на упругий элемент наносят адгезионный слой из хрома, поверх которого закрепляют диэлектрический слой из окиси алюминия или окиси кремния или двуокиси кремния, тензорезисторы выполняют из моносульфида самария, указанные электрические элементы формируют на упругом элементе путем вакуумированного осаждения в камере через маски без развакуумирования камеры при температуре упругого элемента в пределах 100-450°C, при этом во время напыления моносульфида самария для получения тензорезисторов в камере поддерживают вакуум в пределах 10~6-10~3 мм. рт. ст., диэлектрические и металлические элементы испаряют термически, электронной пушкой или магнетроном, а моносульфид самария испаряют взрывным способом из вольфрамовой или танталовой нагретой лодочки. 5. A method of manufacturing a strain gauge sensor, which consists in the fact that they take an elastic element on the surface where the deformation zones from the measured parameter are determined, then at least two zones on the elastic element are determined, in which the deformations from the measured parameter have opposite signs, in these zones the conjugate points are determined at which the temperature and temperature deformations at each moment of exposure have the same values and sign (uniform temperature conditions), in these places two strain gages are installed, which are assembled into a bridge circuit so that the strain gages sensing deformations different signs, located in adjacent shoulders, and also place switching sections connecting the strain gauges to the measuring bridge and with metallized platforms, compensation elements for temperature compensation and normalization of the output signal, and cover these electrical elements with an insulating layer, characterized in that by elastic the element is applied with an adhesive layer of chromium, on top of which a dielectric layer of aluminum oxide or silicon oxide or silicon dioxide is fixed, strain gauges t of samarium monosulfide, these electrical elements are formed on the elastic element by vacuum deposition in the chamber through masks without evacuating the chamber at a temperature of the elastic element in the range of 100-450 ° C, while during the deposition of samarium monosulfide to obtain strain gauges in the chamber, maintain a vacuum within 10 ~ 6 -10 ~ 3 mm. Hg. Art., dielectric and metal elements are evaporated thermally, by an electron gun or magnetron, and samarium monosulfide is evaporated in an explosive manner from a tungsten or tantalum heated boat.
PCT/RU2007/000697 2007-07-05 2007-12-12 Device for measuring mechanical quantities (variants) and a method for the production thereof WO2009005394A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007125388 2007-07-05
RU2007125388/28A RU2346250C1 (en) 2007-07-05 2007-07-05 Mechanical quantities measuring device (versions) and method of its production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009005394A1 true WO2009005394A1 (en) 2009-01-08

Family

ID=40226288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2007/000697 WO2009005394A1 (en) 2007-07-05 2007-12-12 Device for measuring mechanical quantities (variants) and a method for the production thereof

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2346250C1 (en)
WO (1) WO2009005394A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102121856A (en) * 2009-12-14 2011-07-13 三菱电机株式会社 Semiconductor pressure sensor and method for manufacturing the same
CN114185307A (en) * 2021-11-23 2022-03-15 大连理工大学 Large thin-wall part machining deformation partition compensation method

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2457577C1 (en) * 2011-03-24 2012-07-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" Multifunctional measurement module

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5314572A (en) * 1990-08-17 1994-05-24 Analog Devices, Inc. Method for fabricating microstructures
SU1820790A1 (en) * 1991-05-30 1995-03-27 Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе Process of manufacture of semiconductor strain gauges based on samarium monosulfide
RU2035089C1 (en) * 1993-08-09 1995-05-10 Акционерная компания "Технологический центр" Integral pressure converter
SU1771272A1 (en) * 1990-03-23 1995-12-20 Научно-исследовательский институт физических измерений Pressure pickup and method of making it
SU1431470A1 (en) * 1986-12-29 1996-08-20 П.Г. Михайлов Tensometric pressure converter and process of its manufacture

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1431470A1 (en) * 1986-12-29 1996-08-20 П.Г. Михайлов Tensometric pressure converter and process of its manufacture
SU1771272A1 (en) * 1990-03-23 1995-12-20 Научно-исследовательский институт физических измерений Pressure pickup and method of making it
US5314572A (en) * 1990-08-17 1994-05-24 Analog Devices, Inc. Method for fabricating microstructures
SU1820790A1 (en) * 1991-05-30 1995-03-27 Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе Process of manufacture of semiconductor strain gauges based on samarium monosulfide
RU2035089C1 (en) * 1993-08-09 1995-05-10 Акционерная компания "Технологический центр" Integral pressure converter

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102121856A (en) * 2009-12-14 2011-07-13 三菱电机株式会社 Semiconductor pressure sensor and method for manufacturing the same
CN102121856B (en) * 2009-12-14 2013-10-16 三菱电机株式会社 Semiconductor pressure sensor and method for manufacturing the same
CN114185307A (en) * 2021-11-23 2022-03-15 大连理工大学 Large thin-wall part machining deformation partition compensation method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2346250C1 (en) 2009-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4500864A (en) Pressure sensor
US4435737A (en) Low cost capacitive accelerometer
EP1407239B1 (en) Temperature compensated strain sensing apparatus
US7051595B2 (en) Monolithic multi-functional integrated sensor and method for fabricating the same
US6532824B1 (en) Capacitive strain sensor and method for using the same
KR100507942B1 (en) Pressure sensor for semi-conductor
US4786887A (en) Thin-film strain gauge system and method of manufacturing same
CN102155987B (en) Differential capacitor type micro-vibration sensor
US11885697B2 (en) Multi strain gauges sensor for improved performance
EP0484432A4 (en) Transducer with conductive polymer bridge
CN112611489A (en) Anti-overload torque sensor based on film sputtering
RU2346250C1 (en) Mechanical quantities measuring device (versions) and method of its production
CN111238361A (en) Graphene temperature strain sensor
RU2658089C1 (en) Deformation sensor
JPH095191A (en) Capacitance type pressure sensor
US5022264A (en) Instrument for measuring accelerations, particularly gravitation components for goniometry
US5821595A (en) Carrier structure for transducers
CN110793705A (en) Resonance pressure transmitter
JP7195994B2 (en) pressure sensor
WO2023037779A1 (en) Pressure sensor
Kalinkina et al. Reducing the Temperature Error of Thin-Film Structures of Micromechanical Elements in Mechatronic Pressure Sensors
CA1236706A (en) Pressure transducer
RU44384U1 (en) SEMICONDUCTOR SENSITIVE PRESSURE SENSOR ELEMENT
CN110793706A (en) Pressure sensor manufacturing method
RU2432556C1 (en) Pressure sensor with vibration-resistant nano- and micro-electromechanical system

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07861083

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07861083

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1