Para melhorar a capacidade de sobrecarga bidirecional do sensor de pressão diferencial, este artigo projetou um elemento sensível à pressão diferencial com estrutura de membrana deslocada vigada-arquipélago. Este elemento sensível é composto por uma estrutura de membrana de silício vigada-arquipélago ligada a um substrato de vidro. A estrutura em viga reduz a concentração de tensões, a estrutura de arquipélago aumenta a rigidez estrutural; a superfície de ligação do substrato de vidro é projetada com sulcos quadrados e orifícios circulares, a estrutura deslocada formada pelos sulcos quadrados da membrana de silício e o substrato de vidro reduz ainda mais a tensão máxima. Primeiro, foi analisada, por software de elementos finitos, a distribuição de tensões, a saída em escala completa do elemento sensível e a tensão máxima do elemento sensível de pressão diferencial de silício de alta sobrecarga bidirecional. Em segundo lugar, analisou-se a relação entre as dimensões da estrutura e a pressão de ruptura, usando otimização dimensional para determinar as dimensões estruturais sob a pressão máxima de ruptura. Por fim, através da tecnologia MEMS de silício, foi fabricado um elemento sensível de pressão diferencial de silício de alta sobrecarga bidirecional. Os resultados dos testes de pressão mostraram que a pressão de ruptura do elemento sensível de pressão diferencial de silício de alta sobrecarga bidirecional produzido é de 8,5 vezes a escala completa, melhorando a capacidade de sobrecarga em 30,7% em comparação com o elemento sensível de pressão diferencial com estrutura de membrana em C tradicional (pressão de ruptura 6,5 vezes a escala completa). Os resultados experimentais demonstram que a estrutura de membrana deslocada vigada-arquipélago pode melhorar eficazmente a capacidade de sobrecarga bidirecional do elemento sensível de pressão diferencial.

MEMS;sensor diferencial de pressão;elementos finitos;otimização dimensional;capacidade de sobrecarga