Для повышения двунаправленной перегрузочной способности датчика дифференциального давления в данной работе разработан чувствительный элемент дифференциального давления с перекрывающейся структурой мембраны «балка-архипелаг». Этот чувствительный элемент состоит из силиконовой мембраны структуры балка-архипелаг и связки стеклянной подложки. Балочная структура снижает концентрацию напряжений, архипелажная структура повышает жесткость конструкции; на поверхности связи стеклянной подложки предусмотрены квадратные канавки и круглые сквозные отверстия, перекрывающаяся структура, образованная квадратной канавкой силиконовой мембраны и стеклянной подложки, дополнительно снижает максимальное напряжение. Во-первых, с помощью программного обеспечения конечных элементов проанализировано распределение напряжений, полный выход чувствительного элемента и максимальное напряжение двунаправленного высоконагруженного силиконового датчика дифференциального давления. Во-вторых, проанализирована взаимосвязь размеров конструкции и давления разрушения, оптимизацией размеров рассчитаны параметры конструкции при максимальном давлении разрушения. В конце, с использованием MEMS силиконовой технологии изготовлен двунаправленный высоконагруженный чувствительный элемент дифференциального давления. Результаты испытаний давления показали, что давление разрушения изготовленного двунаправленного высоконагруженного силиконового датчика дифференциального давления составляет 8,5-кратное значение рабочего диапазона, что на 30,7% выше по сравнению с традиционным чувствительным элементом с мембраной С-образной структуры (давление разрушения 6,5-кратное значение рабочего диапазона). Экспериментальные результаты подтверждают, что структура мембраны с перекрывающейся балко-архипелажной конструкцией эффективно повышает двунаправленную перегрузочную способность чувствительного элемента дифференциального давления.

MEMS;чувствительный элемент дифференциального давления;конечные элементы;оптимизация размеров;перегрузочная способность