專利名稱：集成復合傳感器以及使用該集成復合傳感器的靜壓和差壓傳送器及設備系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種集成復合傳感器(一種組合傳感器)，用于壓力和差壓傳送器中以檢測化工設備或類似設備的流量或壓力，本發(fā)明改進了差壓負荷下的靜態(tài)傳感器的特性，也涉及一種智能差壓傳送器和使用這種集成復合傳感器的設備系統(tǒng)。
在傳統(tǒng)的用在智能差壓傳送器的傳感部分內(nèi)的傳感器中，差壓、靜壓和溫度傳感器設置在一個半導體基片上，三種傳感器互相補償，高精確地測量差壓。例如，美國專利No.4，530，244提出了一種結構，其中檢測溫度和靜壓影響的傳感器設置在較厚部分，而檢測差壓的傳感器設置在一薄片層上。另外，JP-B-62-22272也揭示了一種除去靜壓影響的傳感器和差壓傳感器的相合的結構，但沒有揭示差壓對靜壓傳感器的影響。也就是說，眾所周知，在傳統(tǒng)的集成復合傳感器中，傳感器各自的輸出不是獨立變化而是互相之間有影響。
傳統(tǒng)的差壓傳送器，測定由壓力泵加壓傳送的流體通過設置在化工設備或類似設備的管道內(nèi)的孔口時所產(chǎn)生的壓力差或差壓△P，由此，按下式檢測流量QQ=K
其中，K是由雷諾數(shù)和孔口直徑?jīng)Q定的常數(shù)。如上所述，由于靜壓Ps和溫度T將影響差壓傳感器的輸出，所以，在流量的測量中，作用于管道的靜壓Ps和環(huán)境溫度的變化會干擾集成復合傳感器，因此，應最大限度地消除它們的影響。
在使用傳統(tǒng)的集成復合傳感器的差壓傳送器中，由單獨的傳感器檢測靜壓、溫度和差壓。如上所述，由于各個傳感器檢測的變化中包括其它迭加形式的變化，因此，進行復雜的校正才能消除其它變化的影響。
另外，在把差壓檢測薄片層和靜壓檢測薄片層設置在一塊半導體基片上的情況下，存在這樣一個問題兩個薄片層之間的間隔變窄(在蝕刻過程期間)，因此減小了附著(粘附)在支持半導體基片的固定基座上的長度。
而且，在采用非均質(各向異性)蝕刻形成的有中心硬片的差壓檢測薄片層的情況下，存在這樣一個問題周圍有(111)面的四邊形的中心硬片最容易形成從而使應力集中到每個角上，因此，減小了耐壓性。
此外，如果差壓檢測薄片層和靜壓檢測薄片層的片厚度相同，就存在這樣一個問題，當要把半導體基片做得很小時，靜壓檢測薄片層就變得太小，因而在靜壓檢測薄片層上安排檢測電阻就變得很困難。
本發(fā)明的目的在于提供一種集成復合傳感器，其中，靜壓傳感器制作是消除了差壓對靜壓傳感器的影響。也提供一種智能差壓傳送器，這種差壓傳送器用了這種集成復合傳感器后，可以通過簡單和運算使差壓檢測精度達到令人滿意的程度。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種集成復合傳感器的制造方法，它包括對差壓檢測薄片層進行加工，使片的厚度比靜壓檢測薄片層薄，設計蝕刻過程或限止硅基片的雜質濃度的方法以提高形成智能差壓傳送器的集成復合傳感器的測量精度。
本發(fā)明的進一步目的在于提供一種附著強度保持恒定的傳感器結構。
本發(fā)明的進一步目的在于提供一種高耐壓的中心硬片構造。
本發(fā)明的進一步目的在于提供一種用高精度智能差壓傳送器測量流量的工業(yè)上用的設備系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，至少有一個在靜壓傳感器薄片層內(nèi)形成的檢測傳感器與差壓傳感器薄片層分開設置。靜壓傳感器通過對每個檢測電阻器阻值的變化的運算處理檢測靜壓。為消除作用于靜壓傳感器上的差壓的非線性影響，把靜壓傳感器的諸檢測電阻器配置在一定位置上，使差壓負荷引起的應力基本等量地作用于每個檢測電阻器上。由于采用了具有上述結構的集成復合傳感器，數(shù)據(jù)處理過程可以簡化，只要對傳感器的各個輸出進行加/減運算的信號處理就可以。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，在對具有｛001｝平面的硅大圓片用氫氧化鉀及其類似物的水溶液進行非均質蝕刻的情況下，把靜壓檢測薄片層布置在靠近蝕刻幾乎不能進行的(110)取向的一側。從而，確保了所希望的薄片層間隔和高的耐壓性。另外，在進行如上所述的非均質蝕刻步驟的情況下，可以把靜壓檢測薄片層(或靜壓傳感器)布置在相對于差壓檢測薄片層為(100)的方向上，以減少差壓對靜壓傳感器的影響。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，把中心硬片制成不少于六邊形的多邊形(即滿足n≥6)。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，蝕刻差壓檢測薄片層表面時，使其片的厚度薄于靜壓檢測薄片層厚度，或者對差壓檢測薄片層和靜壓檢測薄片層進行同樣的加工?；蛘?，硅基片的雜質濃度選擇得不高于2×1018/cm3。
在具有形成在同一塊基本上的差壓傳感器和靜壓傳感器的集成復合傳感器內(nèi)，當加上差壓后，在差壓的影響下，有一應力施加在靜壓傳感器上。在靜壓傳感器制作得接近差壓傳感器的情況下，施加于靜壓傳感器的應力由拉伸應力決定，并與離差壓傳感器的距離有關。如果布置多個靜壓傳感器時不考慮上述關系，則靜壓傳感器將產(chǎn)生受具有不同大小的差壓影響的輸出。因此，在本發(fā)明中，對靜壓用這樣一種結構進行測量，即在這種結構中靜壓傳感器布置得使由差壓產(chǎn)生的拉伸應力彼此相等，并且將靜壓傳感器接成橋式電路，使差壓對靜壓傳感器的影響互相抵消，但是，在這種差壓相互抵消的結構下，靜壓同樣也互相抵消，不能獲得輸出電壓。因此，設置了兩種檢測電阻器，一種電阻器布置在固定部分，應用固定基座的彈性系數(shù)差檢測靜壓，另一種電阻器布置在靜壓檢測薄片層上，檢測絕對壓力，這樣，在靜壓起作用時布置在薄片層的檢測電阻的阻值變化大于布置在固定部分的檢測電阻的變化這一事實，檢測出的僅僅是一個差壓影響已經(jīng)抵消的靜壓。


圖1是使用了本發(fā)明的智能傳送器的設備系統(tǒng)的示意圖;
圖2是該智能傳送器的整個結構的視圖;
圖3A到圖3E的視圖用于介釋本發(fā)明的智能復合傳感器中靜壓檢測方法的原理;
圖4的曲線圖示出了差壓變化時靜壓檢測電阻器的電阻的變化率;
圖5A到圖5C示出了本發(fā)明的集成復合傳感器的一個實施例的整個結構;
圖6示出了本發(fā)明的集成復合傳感器的另一個實施例;
圖7的視圖介釋了本發(fā)明的集成復合傳感器的又一個實施例;
圖8的視圖介釋了本發(fā)明的集成復合傳感器的制造方法;
圖9A到圖9B的視圖示出了本發(fā)明的集成復合傳感器的又一個實施例;
圖10a到圖10b示出了本發(fā)明的集成復合傳感器的又一個實施例;
圖11的曲線圖示出了傳感器基片雜質濃度和蝕刻速率之間的關系;
圖12是本發(fā)明的信號處理電路的框圖;
圖13A和圖13B是檢測差壓的框圖;
圖14示出了數(shù)據(jù)處理的流程圖;
圖15的視圖介釋了本發(fā)明中差壓對靜壓傳感器的影響;和圖16的曲線圈圖示出了靜壓檢測電阻器位置和應力之間的關系。
下面參照圖1到圖5介釋本發(fā)明的一個實施例。
圖1示出了使用本發(fā)明差壓傳送器的流量測量裝置的管道系統(tǒng)的例子。
其中用本發(fā)明的差壓傳送器300測量在化工設備或類似設備的管道550管路內(nèi)的孔口560相對兩端之間產(chǎn)生的差壓△p，以測定管道的流量，并且將該測定的流量傳送到控制裝置500。在控制裝置500中，根據(jù)測得的流量控制泵加到管道中流體上的壓力以使傳送適當?shù)牧髁?。通訊?00是一個輸入/輸出裝置，通過它操作員可以監(jiān)控系統(tǒng)的情況，給出改變待控制的流量的指令等等。
在本系統(tǒng)中，如果能準確地測量差壓，那么確定流量的清度可以提高，并且設備的運轉可以更為有效。
本發(fā)明差壓傳送器300的結構如圖2所示。在圖中，編號16表示集成復合傳感器，它由一個差壓傳感器、一個靜壓傳感器和一個溫度傳感器等構成。編號102表示中心薄片層，它使高壓側和低壓側相互隔開，編號103a和103b表示密封薄片層，每個密封薄片層103a或103b把外部環(huán)境和傳送器中的壓力傳送媒介(如硅油)彼此隔開，并給以一個外部壓力，編號104表示傳送器體，它可以由sus或類似物制成，編號105a和105b表示壓力引入口，編號106表示信號處理電路，它放大傳感器的輸出并對數(shù)據(jù)進行處理。
因此，差壓傳送器包括一個具有兩個液體腔的壓力接收部分(口)從高壓側或低壓側加的靜壓PS大于100個標準大氣壓。所以即使在高壓側和低壓側所加的壓力相等的情況下，由于兩個液體腔之間密封液體量的差異或壓力接收部分(口)的變形會產(chǎn)生微小的壓力差，從而使差壓傳感器的輸出變化。這個變化是一個叫做靜壓影響的誤差，所以需要一個傳感器單獨檢測靜壓來消除靜壓影響。然而，在傳統(tǒng)的靜壓傳感器中，靜壓傳感器本身也受差壓的影響，需要對差壓的影響進行補償。而且，由于靜壓傳感器和差壓傳感器容易受溫度變化的影響，需要對溫度變化產(chǎn)生的影響進行補償。因此，本發(fā)明應用如圖3a到圖3e所示的結構，其中的集成復合傳感器能精確地檢測靜壓，同時消除差壓對靜壓的影響，并能用如下所述的簡單的處理確定差壓。
在圖3A中，檢測電阻器6是一個設置于靜壓檢測薄片層12上的靜壓檢測電阻器，檢測電阻5是一設置于固定基座上的靜壓檢測電阻器，檢測電阻器5與檢電阻器6平行。在圖3E中，檢測電阻器8是一與檢測電阻器5相似的設置于固定部分的靜壓檢測電阻器，但檢測電阻器8與檢測電阻6垂直。檢測電阻器5和8到差壓檢測薄片層9的距離比檢測電阻器6到差壓檢測薄片層9的距離近。
如果如圖15所示，檢測電阻器5和6離差壓薄片層的距離相等，則檢測電阻器5位置上承受差壓負荷的力F的是橫截面A-A′，而在檢測電阻6位置上的是橫截面B-B′，橫截面B-B′比橫截面A-A′為小。因此，與在固定部分上的檢測電阻器5相比，靜壓檢測薄片層上的檢測電阻器6承受的應力較大。
然而，如圖16所示，作用于檢測電阻器上的應力很大程度上取決于與離差壓薄片層的距離。如果利用如圖16所示的關系把固定部分上的檢測電阻器5制得離差壓檢測薄片層的距離比靜壓檢測薄片層上的檢檢測電阻器6離差壓檢測孔板的距離近，從而使檢測電阻器5和6分布在距離各為r1和r2的位置上，在該位置上所受的應力相同，則電阻的變化率如圖4所示。在圖4中，檢測電阻器5和6的電阻變化相同，且符號也相同，檢測電阻器7、8的電阻變化其符號與檢測電阻器6的相反。因此，如圖3B所示把檢測電阻器5和6與一恒流源24串聯(lián)以在檢測電阻器5和6的兩端上建立電壓V2和V1，并用如圖3C所示的減法器25就能抵消差壓的影響。另一方面，在施加了靜壓的情況下，檢測電阻器5的電阻的變化與檢測電阻器6的電阻變化相比是非常小的。因此，即使進行相減，仍有由靜壓產(chǎn)生的、相應于檢測電阻器5的電阻的變化的輸出，另外，如果用圖3E所示的檢測電阻8代替圖3B所示的檢測電阻器5，則加上差壓時V1和V2的變化量彼此相同，但符號相反。因而，在這種情況下，用如圖3D所示的加法器26就能抵消差壓的影響。
下面將用數(shù)學方法解釋上述情況。靜壓傳感器由檢測電阻器5和6構成，其連接如圖3B所示。當靜壓傳感器由恒流I激勵時，靜壓傳感器產(chǎn)生的輸出V可表示為V＝I·(R50-R60+△R5-△R6)……(1)其中R50和R60表示差壓△P和靜壓Ps均為零時的阻值，△R5和△R6表示施加了差壓和靜壓后的電阻變化量。變化率可表示為△R5/R50＝g(x，pS)+f(r，△p)……(2)△R6/R60＝G(x′，pS)+F(r'△p)……(3)其中r和r′表示差壓薄片層9中心到靜壓檢測電阻器5和6的距離，x和x′表示靜壓傳感器薄片層到檢測電阻器5和6的距離。等式(2)中對于R5的第一項g(x，pS)和等式(3)中對于R6的第一項G(x′pS)不同的原因是因為設置在固定部分的R5是一個用彈性模量差的靜壓檢測電阻器，設置在靜壓檢測薄片層上的R6是一檢測絕對壓力的靜壓檢測電阻器。它們的關系是g(x，pS)＜＜G(X，PS)。
如果把檢測電阻器5和6做得滿足在等式(2)和(3)中的R50＝R60(＝R0)，并把檢測電阻器5和6設置在r＝r1，r′＝r2(如圖16和圖4所示)，則等式(2)和(3)中的取決于差壓△p的第二項彼此相等，所以它們互相抵消。因而，等式(1)可寫成V＝I·｛g(x，ρS)-G(X'，PS)｝ ……(4)
如前所述，在檢測電阻器設置在靜壓檢測薄片層上的情況和檢測電阻器設置在固定部分上的情況之間，對于靜壓PS，
和
的差別很大。如上所述，等式(2)和(3)的第二項即差壓影響項f(r，△p)和F(r′，△p)被消去只留下了靜壓影響項。這樣就可能制成一個不受差壓影響的靜壓傳感器。
下面將結合圖5A到圖5C詳細解釋上述集成復合傳感器的結構。
圖5A是集成復合傳感器的平面視圖，圖5B是沿圖5A的B-B′線的橫截面視圖。另外，圖5C示出了上述靜壓傳感器和差壓傳感器的連接的一個例子。在圖5A中，編號1到4表示差壓檢測電阻器，它們是用離子注入或熱擴散技術在半導體單晶硅基片10中摻雜而形成的。這些檢測電阻器1到4設置在薄片層9的區(qū)域上，是用堿性蝕刻法或干蝕刻法加工而成的。編號5到8表示靜壓檢測電阻器。在靜壓檢測薄片層12a上形成檢測電阻器6，在與薄片層12a分開設置的靜壓檢測薄片層12b上形成檢測電阻7。當施加差壓時，在檢測電阻器6和7上產(chǎn)生了彎曲和拉伸應力。在形成檢測電阻器5和8的位置上將產(chǎn)生與檢測電阻器6和7上產(chǎn)生的應力相等的拉伸應力。檢測電阻器30是一個溫度檢測器，設置在固定部分上。而且溫度檢測器30設置在(100)的方向上，在該方向上對任何應力都不敏感。編號13a到13f表示電極焊區(qū)。在如圖5C所示連接好以后，在電極13a和13b之間加上恒壓，這樣在電極13c和13d之間獲得差壓輸出，在電極13e和13f之間獲得靜壓輸出。圖5B中的編號11表示固定基座，用于支持半導體基片10。固定基座11由硼硅酸玻璃制成。在把差壓施加到該集成復合傳感器的情況下，如果檢測電阻器5和6的阻值如圖4所示增加，檢測電阻器7和8的阻值變化與檢測電阻器5和6的阻值變化相同但符號相反。因而，如果如圖5c所示構成橋電路，就可能獲得不包括由差壓引起的變化的靜壓傳感器輸出。而在利用彈性模量變化的傳統(tǒng)的靜壓傳感器的情況下，在約100個標準大氣壓的靜壓作用于該傳感器的情況下電阻值變化只有約0.5%。然而，在本實施例中，因為使用了絕對壓力型的靜壓傳感器，就可以把傳感器的阻值變化提高到5%，等于傳統(tǒng)的靜壓傳感器的10倍。也就是說，與傳統(tǒng)的使用彈性模量變化的靜壓傳感器相比，本發(fā)明的靜壓傳感器對靜壓的靈敏度提高到10倍。
根據(jù)上述結構，因為可以把靜壓檢測薄片層的直徑制得較小，并消除差壓對靜壓傳感器的影響而對靜壓和差壓進行準確的測量，所以可實現(xiàn)小體積和高精度的差壓檢測器。
圖6示出了本發(fā)明的集成復合傳感器的另一個實施例。
在本實施例中，僅設置了一個靜壓傳感器薄片層12，靜壓檢測電阻器6和7以相同方向設置在靜壓檢測薄片層12內(nèi)，檢測電阻器5和8設置在固定部分，檢測電阻器5和8的位置到差壓檢測薄片層9的中心線l1的距離比檢測電阻器6和7到中心線l1的距離近。在電極13a和13b之間加上一電壓就能在電極13f和13e之間獲得這些檢測電阻器的靜壓輸出。有了這種結構，因只需要一個靜壓薄片層，與圖5A到圖5C所示的實施例相比，加工和布線均簡化了，因此，能提供一個小體積的傳感器。
在前面對集成復合傳感器的說明中，如在圖5A到圖5C所示的實施例中，沒有對溫度傳感器進行說明(和圖示)。然而，在圖6及圖5A到圖5C所示的實施例中，在半導體基片10上設置了專門用于測量因溫度變化引起的阻值變化的檢測電阻器。
圖7示出了本發(fā)明的又一個集成復合傳感器實施例。在本實施例中，靜壓檢測檢測電阻器5到8設置在相對于差壓檢測薄片層9為(110)的方向上。使用這種結構，基于差壓負荷的應力σ以斜45°的方向作用于檢測電阻器5到8上。檢測電阻器的變化由下式給出(△R)/(R) ＝πl(wèi)σl+πtσt其中，πl(wèi)表示縱向的壓阻系數(shù)，πt表示橫向的壓阻系數(shù)，σl表示縱向的應力，σt表示橫向的應力。在本實施例的情況下，檢測電阻以(110)方向設置，πl(wèi)＝+ 1/2 π44，πt＝- 1/2 π44(π44壓阻系數(shù))，σ1=σcos45°=
。于是，上式簡化為等式△R/R＝o。因此，根據(jù)本實施例，差壓負荷對靜壓傳感器的影響可以抵消。
如圖7所示，在把靜壓檢測薄片層12a、12b靠近差壓檢測薄片層9兩側設置的情況下，由于(100)方向上的蝕刻率與在厚度方向上一樣高，在蝕刻加工期間薄片層9和12之間的間距d′變窄。結果附著長度減小，強度降低。而且隨著蝕刻溶液的組成分布半導體大圓片上芯片之間的厚度變化變大。
因此，在本發(fā)明中，如圖8所示進行加工。也就是把靜壓檢測薄片層12a和12b布置在最靠近差壓檢測薄片層9的(110)取向側，差壓檢測薄片層9通過非均質(各向異性)蝕刻形成。使用這種布置，可通過高精度的蝕刻對差壓檢測薄片層9和靜壓檢測薄片層12a和12b之間的間距d′進行加工。因而，如圖5所示的與固定基座11的粘附面積能保持恒定，因此，提高了產(chǎn)品的得率。
圖9示出了本發(fā)明的集成復合傳感器的又一個實施例。在該實施例中，差壓檢測薄片層9內(nèi)設有中心硬片14，其厚度與半導體芯片厚度大體相等。而且，薄片層9、12a和12b通過非均質蝕刻制得較薄，中心硬片14制成八邊形。在進行非均質蝕刻的情況下，如圖9B所示由(111)面圍著的四邊形中心硬片最容易形成。然而，由于蝕刻掩蔽的設計，在半導體大圓片具有｛100｝平面的情況下，可把中心片形成多邊形結構，多邊形的邊不少于八，在半導體大圓片具有｛110｝平面的情況下，多邊形的邊不少于六。把中心硬片制成不少于六邊形的多邊形時，與四邊形的中心硬片相比，集中的每個角上的應力減少了，因此提高了耐壓性。
圖10A是本發(fā)明的集成復合傳感器的又一個實施例。圖10B是圖10A中沿XB-XB線的橫截圖。在本實施例中，把薄片層9從其上表面進行蝕刻，留下一條使差壓檢測電阻器1，4和2，3彼此連接的區(qū)域(或梁)，用這種方法，把差壓檢測孔板9制得很薄。傳感器的靈敏度基本上由(薄片層積)/(減薄部分片厚度)2決定。因此，如果用如圖10A和圖10B所示的結構，則差壓傳感器的靈敏度將增加。因而，薄片層面積度小。而且，通過利用梁結構，可以減小差壓傳感器的非線性度。
如果用均質的濕式蝕刻法對上表面進行蝕刻，則上表面和底表面能同時進行蝕刻，因而可縮短加工時間。另外，在非均質蝕刻以后通過均質使角部分變圓蝕刻，從而可提高耐壓性。
圖11示出了在對具有｛100｝表面的單晶硅進行非均質蝕刻的情況下雜質濃度例如硼濃度和蝕刻率(速率)之間的關系。從圖11可明顯地看出，如果雜質濃度選擇得不高于1018/cm3，則能進行高速蝕刻，因而可縮短傳感器制造時間。
把上述集成復合傳感器裝入圖2所示的差壓傳送器，由信號處理電路106進行數(shù)據(jù)處理，來測量流量。測得的流量傳送到圖11所示的控制裝置500。圖12示出了信號處理電路106的一個框圖。集成復合傳感器16根據(jù)差壓、靜壓和溫度輸出檢測電阻器電阻的變化，這些輸出在多路轉換器17內(nèi)進行選擇并在可編程增益放大器18內(nèi)放大。接著，由A/D轉換器19把放大器18的輸出轉換成數(shù)字信號并送至微處理器21。差壓、靜壓和溫度傳感器的特性預先存儲在存儲器20內(nèi)。微處理器21用這些數(shù)據(jù)對傳感器輸出進行校正，高精度地檢測差壓。一D/A轉換器22把信號轉換成模擬信號，并通過電壓/電流轉換器23輸出至控制裝置500。
上述結構的特征部分是將在下面緊接著描述的存儲器20和微處理器21。也就是說，把差壓、靜壓和溫度傳感器的特性預先作為特性映射存儲入存儲器20。特性映射三維地表示一個差壓傳感器輸出Ed、一靜壓傳感器輸出Es和一溫度傳感器輸出Et。微處理器21根據(jù)圖13A所示的流程進行處理。也就是說，從形成在上述的薄片層和固定部份的靜壓檢測電阻器的電阻獲得靜壓。接著，由方塊202通過校正映射從靜壓傳感器和溫度傳感器的輸出精確地確定靜壓，并用經(jīng)精確確定的靜壓校正差壓傳感器的輸出。接著這個經(jīng)校正的差壓傳感器的輸出用特性映射在塊203中進行溫度校正，從而獲得精確的差壓輸出。在傳統(tǒng)的集成復合傳感器中，因靜壓輸出包含有迭加形式的差壓的很大的影響，因此進行準確的校正映射是困難的。因而，就需要一個如圖13b所示的復雜的處理以消除差壓的影響(也就是校正差壓對靜壓傳感器的影響)。另一方面，在本發(fā)明中，因僅能基本上取出一個靜壓，所以簡化了處理。因為在如圖13A所示的本發(fā)明的流量控制系統(tǒng)中輸出精確的靜壓信號，所以不需要已有技術的壓力傳送器。也就是說，在差壓傳送器中已提供了它的功能。圖14示出了校正的流程圖。首先，在S1步驟中，讀取靜壓傳感器的輸出Es和溫度傳感器的輸出Et。接著，在S2步驟中，確定對靜壓傳感器的影響值Ekd。此后，在S3步驟，讀取差壓傳感器的輸出Ed。接著，從差壓傳感器輸出Ed中減去在第S2步中確定的影響值Vkd和溫度傳感器的輸出Et，確定準確的差壓(S4和S5步)。
從前面所述可以清楚地看出，使用按照本發(fā)明的差壓傳送器能使運算過程簡化、檢測差壓精度高和使設備系統(tǒng)的檢測流量的檢測器體積做得較小。
按照本發(fā)明，差壓對靜壓傳感器的影響可減小到幾乎為零。因此，不需要進行差壓影響的特性校正，并提高了測量差壓的精度。而且，靜壓和溫度的校正步驟被簡化，涉及特性測量的處理時間縮短，因而提高了整個系統(tǒng)的可控性。
而且，如果使用本發(fā)明的傳感器的加工方法，能進行高精度的加工，因而，可以提高傳感器的檢測精度。
權利要求
1.一集成復合傳感器包含一傳感器基片，其上形成多個應變敏感檢測元件和一固定基座，用于支持其上的所述傳感器基片，其特征在于至少具有一個與所述傳感器基片上形成的差壓檢測薄片層(diaphragm)分開設置的靜壓檢測薄片層，靜壓檢測裝置由形成在靜壓檢測薄片層上應變敏感檢測元件和形成在所述傳感器基片固定部分上的應變敏感檢測元件構成。
2.如權利要求1所述的集成復合傳感器，其特征在于一溫度傳感器包括一應變敏感檢測元件，設置在與所述靜壓檢測裝置分開的所述傳感器基片的固定部分上。
3.如權利要求2所述的集成復合傳感器，其特征在于形成在所述固定部分上的應變敏感檢測元件設置得離所述差壓檢測薄片層的中心線的距離比形成在所述靜壓檢測薄片層上的應變敏感檢測元件離所述差壓檢測薄片層中心線的距離為近。
4.如權利要求2所述的集成復合傳感器，其特征在于把形成在所述靜壓檢測薄片層上的應變敏感檢測元件和形成在所述固定部分上的應變敏感檢測元件設置由差壓產(chǎn)生的應力相等的位置上。
5.如權利要求2所述的集成復合傳感器，其特征在于所述差壓檢測薄片層從其表面相對到其應變敏感檢測元件形成表面的蝕刻深度大體等于所述靜壓檢測薄片層的蝕刻深度。
6.如權利要求2所述的集成復合傳感器，其特征在于所述的傳感器基片由單晶硅制成，所述的應變敏感檢測元件包括與所述傳感器基片不同的壓阻元件。
7.如權利要求2所述的集成復合傳感器，其特征在于具有信號處理裝置對形成在所述差壓檢測薄片層上的應變敏感檢測元件、形成在與所述差壓檢測薄片層分開設置的所述靜壓檢測薄片層上的應變敏感檢測元件、形成在所述固定部分上的應變敏感檢測元件和檢測溫度應變不敏感檢測元件的輸出進行處理，并分別檢測差壓、靜壓和溫度。
8.如權利要求2所述的集成復合傳感器，其特征在于在所述傳感器基片上的所述差壓檢測薄片層制成不少于六邊形的多邊形。
9.如權利要求2所述的集成復合傳感器，其特征在于在對具有｛100｝平面的單晶硅大圓片進行非均質蝕刻以形成所述靜壓和差壓檢測薄片層時，把所述靜壓檢測薄片層設置在靠近所述差壓檢測檢測薄片層的(110)取向側。
10.如權利要求2所述的集成復合傳感器，其特征在于在對具有｛100｝平面的單晶硅大圓片進行非均質蝕刻形成所述靜壓和差壓檢測薄片層時，把所述靜壓檢測薄片層設置在從所述差壓檢測薄片層的中心線的(100)方向上。
11.集成復合傳感器的靜壓檢測方法，該集成復合傳感器包含設置在傳感器基片上的差壓傳感器、一靜壓傳感器和一溫度傳感器，其特征在于對形成在與差壓檢測薄片層分開設置的靜壓檢測薄片層上的應變敏感檢測元件和形成在固定部分上的應變敏感檢測元件的輸出信號進行處理以抵消差壓引起的相互影響。
12.一種智能傳送器，其特征在于包含傳感裝置，該裝置包括檢測差壓、靜壓和溫度的檢測元件;壓力接收裝置，用于保護所述傳感裝置和數(shù)據(jù)處理裝置，用于對所述傳感裝置的輸出信號進行運算處理，其中，所述的傳感裝置包含差壓檢測裝置，該裝置包括一形成在傳感器基片內(nèi)的差壓檢測薄片層上的差壓檢測應變敏感檢測元件;靜壓檢測裝置，該裝置包括形成在與所述差壓檢測薄片層分開設置的靜壓檢測薄片上的應變敏感檢測元件和形成在固定部分上的應變敏感檢測元件以及溫度檢測裝置，該裝置包括形成在所述固定部分上的應變不敏感檢測元件。
13.如權利要求12所述的智能傳送器，其特征在于所述的數(shù)據(jù)處理裝置利用所述溫度檢測裝置的輸出校正溫度變化對所述靜壓檢測裝置的輸出所產(chǎn)生的影響，利用已校正的靜壓值校正靜壓變化對所述差壓檢測裝置的輸出所產(chǎn)生的影響。
14.如權利要求13所述的智能傳送器，其特征在于所述的數(shù)據(jù)處理裝置包括一存儲器，在該存儲器中，靜壓或差壓隨溫度變化的關系記錄成三維映射數(shù)據(jù)，一微處理器，該微處理器根據(jù)存儲在所述存儲器中的數(shù)據(jù)對所述傳感裝置的檢測值進行處理。
15.一種通過對具有｛100｝平面的單晶硅大圓片進行非均質蝕刻以形成包括靜壓和差壓檢測薄片層的集成復合傳感器的制造方法，其特征在于所述的靜壓檢測薄片層設置得靠近所述差壓檢測薄片層的(100)取向側。
16.如權利要求15所述的一種方法，其特征在于用蝕刻方法對所述靜壓檢測薄片層進行加工，使靜壓檢測薄片層分布在傳感器基片的對角線上。
17.如權利要求15所述的一種方法，其特征在于所述單晶硅大圓片的雜質濃度不高于2×1018/cm3。
18.一種裝置系統(tǒng)，其特征在于包含一智能傳送器，用以測量管道上孔口的相對端的靜壓和流量以及一控制裝置，用于根據(jù)所述智能傳送器的測量結果和輸入/輸出裝置的命令產(chǎn)生一個命令信號到例如泵的驅動機構使流量具有預定值，其中所述的智能傳送器包含一傳感部分，該部分包括一由形成在傳感器基片的差壓檢測薄片層上的應變敏感檢測元件構成的差壓傳感器、一由一形成在與所述差壓薄片分開設置的靜壓檢測薄片層上的應變敏感檢測元件和一形成在固定部分上的應變敏感檢測元件構成的靜壓傳感器和一由形成在所述固定部分上的應變不敏感檢測元件構成的溫度傳感器以及一信號處理部分，該部分包括根據(jù)靜壓和溫度對所述差壓傳感器的變化進行校正的裝置。
全文摘要
在用于差壓和靜壓傳送器的集成復合傳感器中，在靜壓檢測薄片層上形成一對靜壓檢測元件，在靠近差壓檢測薄片層中心的固定部分上形成另一對靜壓檢測元件。出現(xiàn)在靜壓傳感器中的差壓產(chǎn)生的第二項是一個距離的函數(shù)，因此作用在每個靜壓檢測元件上的影響相等。這樣，通過將靜壓傳感器構成一橋電路，可以檢測到不受差壓影響的靜壓值，因而有可能精確地確定差壓和靜壓。
文檔編號G01L19/00GK1055060SQ9110179
公開日1991年10月2日 申請日期1991年3月19日 優(yōu)先權日1990年3月19日
發(fā)明者鵜飼征一, 田智, 飛田朋之, 佐瀨昭 申請人:株式會社日立制作所