Para mejorar la capacidad de sobrecarga bidireccional del sensor de presión diferencial, en este artículo se diseña un elemento sensor de presión diferencial con una estructura de membrana desplazada de viga-archipiélago. Este elemento sensor está compuesto por una estructura de membrana de silicio viga-archipiélago y un sustrato de vidrio unido. La estructura de viga reduce la concentración de tensiones, la estructura de archipiélago mejora la rigidez de la estructura; la superficie de unión del sustrato de vidrio está diseñada con una ranura cuadrada y un orificio redondo pasante, la estructura desplazada formada por la ranura cuadrada de la membrana de silicio y el sustrato de vidrio reduce aún más la tensión máxima. Primero, se analizaron mediante software de elementos finitos la distribución de tensiones, la salida de escala completa del elemento sensor y la tensión máxima del sensor de presión diferencial de silicio de alta sobrecarga bidireccional. En segundo lugar, se analizó la relación entre las dimensiones de la estructura y la presión de ruptura, utilizando la optimización de dimensiones para obtener las dimensiones estructurales bajo la presión máxima de ruptura. Finalmente, mediante tecnología MEMS de silicio se fabricó un elemento sensor de presión diferencial de silicio de alta sobrecarga bidireccional. Los resultados de las pruebas de presión mostraron que la presión de ruptura del elemento sensor de presión diferencial de silicio de alta sobrecarga bidireccional fabricado es 8,5 veces la escala, y en comparación con el elemento sensor de presión diferencial de estructura de membrana en C tradicional (presión de ruptura 6,5 veces la escala), la capacidad de sobrecarga se incrementó en un 30,7 %. Los resultados experimentales demuestran que la estructura de membrana desplazada viga-archipiélago puede mejorar eficazmente la capacidad de sobrecarga bidireccional del elemento sensor de presión diferencial.

MEMS;elemento sensor de presión diferencial;elementos finitos;optimización dimensional;capacidad de sobrecarga