Para melhorar a capacidade bidirecional de sobrecarga do sensor de pressão diferencial, este artigo projetou um elemento sensível de pressão diferencial com estrutura de membrana em desvio vigas-arquipélago. O elemento sensível é composto por uma estrutura de membrana de silício vigas-arquipélago e um substrato de vidro ligado. A estrutura de vigas reduz a concentração de tensões, a estrutura de arquipélago aumenta a rigidez da estrutura; a superfície de ligação do substrato de vidro é projetada com ranhura quadrada e orifício circular passante, a estrutura desviada formada pela ranhura quadrada da estrutura da membrana de silício e o substrato de vidro reduz ainda mais a tensão máxima. Primeiramente, foi analisada a distribuição de tensões, a saída de plena escala do elemento sensível e a tensão máxima do sensor de pressão diferencial de silício bidirecional de alta sobrecarga por meio de software de elementos finitos. Em seguida, foi analisada a relação entre as dimensões da estrutura e a pressão de explosão, utilizando otimização dimensional para obter as dimensões estruturais sob a pressão máxima de explosão. Por fim, o elemento sensível de pressão diferencial de silício bidirecional de alta sobrecarga foi fabricado por meio do processo MEMS de silício. Os resultados dos testes de pressão mostraram que a pressão de explosão do elemento sensível de pressão diferencial de silício bidirecional de alta sobrecarga fabricado é 8,5 vezes a escala, e em comparação com o elemento sensível de pressão diferencial de estrutura de membrana em C tradicional (pressão de explosão 6,5 vezes a escala), a capacidade de sobrecarga aumentou em 30,7%. Os resultados experimentais demonstram que a estrutura de membrana em desvio vigas-arquipélago pode melhorar eficazmente a capacidade bidirecional de sobrecarga do elemento sensível de pressão diferencial.

MEMS;elemento sensível de pressão diferencial;elementos finitos;otimização dimensional;capacidade de sobrecarga