Для повышения двунаправленной перегрузочной способности датчика перепада давления в данной работе разработан чувствительный элемент перепада давления с конструкцией смещенной пленки балки-архипелага. Этот чувствительный элемент выполнен из силиконовой пленочной структуры балки-архипелага и соединен с стеклянной подложкой. Балочная конструкция снижает концентрацию напряжений, архипелажная конструкция повышает жесткость структуры; на поверхности сопряжения стеклянной подложки предусмотрены квадратные канавки и круглые сквозные отверстия, а смещенная структура, сформированная квадратными канавками на силиконовой пленке и стеклянной подложке, дополнительно снижает максимальное напряжение. Во-первых, с помощью программного обеспечения конечных элементов проанализировано распределение напряжений, полный выход чувствительного элемента и максимальное напряжение двунаправленного высокоперегрузочного силиконового чувствительного элемента перепада давления. Во-вторых, проанализирована зависимость размеров конструкции от давления разрушения, оптимизацией размеров получены габариты конструкции при максимальном давлении разрушения. В конце с помощью технологии MEMS на кремнии изготовлен силиконовый чувствительный элемент перепада давления с двунаправленной высокой перегрузочной способностью. Результаты испытаний давления показали, что изготавливаемый двунаправленный высокоперегрузочный силиконовый чувствительный элемент перепада давления имеет давление разрушения 8,5-кратное от полного диапазона, что на 30,7% превышает перегрузочную способность по сравнению с традиционным чувствительным элементом перепада давления с C-образной мембранной структурой (давление разрушения 6,5-кратное от диапазона). Экспериментальные результаты подтверждают, что смещенная пленочная структура балки-архипелага может эффективно повысить двунаправленную перегрузочную способность чувствительного элемента перепада давления.

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