О расчете мембран датчиков давления

1 / 8

ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ
DOI: 10.18698/0236-3933-2015-6-135-142
УДК 004
О РАСЧЕТЕ МЕМБРАН ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ
Ю.Н. Тиняков, А.С. Николаева
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Российская Федерация
e-mail:
В настоящее время широкое распространение в технике получили микроэлек-
тромеханические системы. Важную роль играют микродатчики для измерения
значений физических параметров и преобразования их в электрические сигна-
лы. Основным элементом датчиков давления является микроэлектромехани-
ческий кремниевый преобразователь, критериями для разработчика при рас-
чете которого являются чувствительность и линейность выходного сигнала.
Однако в существующих исследованиях по оптимизации размеров и характе-
ристики кремниевых чувствительных элементов не приводится конкретных
рекомендаций разработчику по выбору конструкции мембран и топологии рас-
положения тензорезисторов. В настоящем исследовании проведено сравнение
различных конструктивно-технологических решений для кремниевых мембран
и даны рекомендации по выбору наилучшего. Решена задача оптимизации дат-
чика. Критериями являлись равенство максимальных деформаций разного зна-
ка и минимальная нелинейность зависимости линейных деформаций от да-
вления. Алгоритм реализован в конечно-элементном программном комплексе
ANSYS с использованием программы pSeven. Результатом предложенного ис-
следования являются рекомендации разработчику по выбору конструктивно-
технологического решения для мембран и расположения тензорезисторов для
наиболее эффективной работы микродатчиков.
Ключевые слова: датчик давления, упругая мембрана, пластина.
COMPUTATION OF PRESSURE SENSOR MEMBRANE
Yu.N. Tinyakov, A.S. Nikolaeva
Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russian Federation
e-mail:
Microelecromechanical systems (MEMS) are widely used in the current technology
nowadays. Microsensors become important in both measuring values of physical
parameters and transforming them into electrical signals. A silicon MEMS transducer
is the basic pressure sensor element. Sensitivity and linearity of the output signal
are the main criteria for a designer to calculate it. However, there are no specific
recommendations about choosing the membrane structure and the layout of resistance
strain gauges in the existing research into improving the size and characteristics of the
silicon sensitive elements. The authors compare various structural and technological
solutions for silicon membranes and provide the recommendations on how to selecting
the best one. The problem of sensor optimization is solved.The criteria are chosen
as follows: the equality of opposite sign maximum deformations and the minimum
nonlinearity of line ar deformations-pressure characteristics. The algorithm was
implemented in the ANSYS finite element software package using the pSeven software.
ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Приборостроение”. 2015. № 6 135