МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТОЛЩИНЫ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ МЕМБРАНЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
ДАВЛЕНИЯ С УЧЕТОМ НЕЛИНЕЙНОГО ИЗГИБА 

Вадим Сергеевич Волков, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры приборостроения, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: vadimv_1978@mail.ru
Сергей Николаевич Базыкин, доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой приборостроения, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: cbazykin@yandex.ru
Алексей Анатольевич Трофимов, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры информационно-измерительной техники и метрологии, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: alex.t1978@mail.ru 

Актуальность и цели. Чувствительные элементы полупроводниковых преобразователей давления традиционно изготавливаются в виде круглых и квадратных мембран, в то время как применение другой геометрической формы, например прямоугольной, позволяет уменьшить габариты при сохранении высокой чувствительности. Целью работы является исследование влияния нелинейного изгиба прямоугольной мембраны тензопреобразователя под действием измеряемого давления на выходной сигнал, разработка методики определения толщины мембраны с учетом нелинейного изгиба и определение погрешности нелинейности. Материалы и методы. Существующие методики определения толщины мембран преобразователей давления учитывают только линейный изгиб, а известное уравнение нелинейного изгиба мембраны не имеет аналитического решения и ранее решалось приближенным графическим методом, поэтому была разработана методика определения толщины прямоугольной кремниевой мембраны тензопреобразователя с учетом нелинейного изгиба по критерию механической прочности путем решения уравнения прогиба мембраны численным методом в программе MathCad. Результаты. Разработана методика, позволяющая рассчитывать толщину прямоугольной плоской мембраны кремниевого тензопреобразователя давления, построена зависимость выходного напряжения мостовой схемы от приложенного давления с учетом линейного и нелинейного изгиба прямоугольной мембраны. Выводы. С использованием разработанной методики определена погрешность нелинейности выходного сигнала при учете только линейного изгиба мембраны, показано, что данная погрешность составляет 3 %, что не соответствует современным требованиям, предъявляемым к средствам измерения давления и требует разработки конструктивных решений по снижению данной погрешности. 

Ключевые слова

полупроводниковый преобразователь давления, прямоугольная кремниевая мембрана, толщина мембраны, нелинейный изгиб, погрешность нелинейности 

 Скачать статью в формате PDF

Для цитирования:

Волков В. С., Базыкин С. Н., Трофимов А. А. Методика расчета толщины прямоугольной мембраны полупроводникового тензопреобразователя давления с учетом нелинейного изгиба // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2024. № 3. С. 64–70. doi: 10.21685/2307-5538-2024-3-8