擴散矽壓力感測器技術簡介

2021-06-01 17:57:12 字數 2861 閱讀 6395

一、一般介紹:

矽單晶材料在受到外力作用產生極微小應變時(一般步于400微應變),其內部原子結構的電子能級狀態會發生變化,從而導致其電阻率劇烈變化(g因子突變)。用此材料製成的電阻也就出現極大變化,這種物理效應稱為壓阻效應。利用壓阻效應原理,採用整合工藝技術經過摻雜、擴散,沿單晶矽片上的特點晶向,製成應變電阻,構成惠斯凳電橋,利用矽材料的彈性力學特性,在同一切矽材料上進行各向異性微加工,就製成了乙個集力敏與力電轉換檢測於一體的擴散矽感測器。

給感測器匹配一放大電路及相關部件,使之輸出乙個標準訊號,就組成了一台完整的變送器。

二、技術特點:

1、靈敏度高

擴散矽敏感電阻的靈敏因子比金屬應變片高50~80倍,它的滿量程訊號輸出在80-100mv左右。對介面電路適配性好,應用成本相應較低。由於它輸入激勵電壓低,輸出訊號大,且無機械動件損耗,因而解析度極高。

2、精度高

擴散矽壓力感測器的感受、敏感轉換和檢測三位一體,無機械動件連線轉換環節,所以重複性和遲滯誤差很小。由於矽材料的剛性好,形變小,因而感測器的線性也非常好。因此綜合表態精度很高。

3、可靠性高

擴散矽敏感膜片的彈性形變數在微應變數量級,膜片最大位移量在來微公尺數量級,且無機械磨損,無疲勞,無老化。平均無故障時間長,效能穩定,可靠性高。

4、頻響高

由於敏感膜片矽材料的本身固有頻率高,一般在50kc。製造過程採用了整合工藝,膜片的有效面積可以很小,配以剛性結構前置安裝特殊設計,使感測器頻率響應很高,使用頻寬可達零頻至100千赫茲。

5、溫度效能好

隨著整合工藝技術進步,擴散矽敏感膜的四個電阻一致性得到進一步提高,原始的手工補償已被雷射調阻、計算機自動修整技術所替代,感測器的零位和靈敏度溫度係數已達10-5/℃數量級,工作溫度也大幅度提高。

6、抗電擊穿效能好

由於採用了特殊材料和裝配工藝,擴散矽感測器不但可以做到130℃正常使用,在強磁場、高電壓擊穿試驗中可抗擊1500v/ac電壓的衝擊。

7、耐腐蝕性好

由於擴散矽材料本身優良的化學防腐效能好,即使感測器受壓面不隔離,也能在普通使用中適應各種介質。矽材料又與矽油有良好的相容性,使它在採用防腐材料隔離時結構工藝更易於實現。加之它的低電壓、低電流、低功耗、低成本和本質安全防爆的特點,可替代諸多同型別的同功能產品,具有最優良的效能**比。

三、選項型提要

1、感測器、變送器的選擇

使用者根據自己所測壓力的性質,首先應確定選擇表壓(相對於當地大氣壓)、差壓、絕對壓力或負壓品種。如果測量液位,還要確定液位上方是自由大氣壓還是密封容器壓力。如果測量密封承壓容器內的液位就應該選用差壓產品。

2、產品量程的確定

從產品絕對安全考慮,一般選擇使工作壓力值在標準量程值的60%-80%為宜,整個測量系統中可能出現的異常情況所導致的過載壓力不得超過產品允許的最大

過載。測量動態管路液體壓力時,還應考慮水垂效應,適當增大產品載量。

3、產品精度選擇

產品等級按多項引數分檔,檔級越高,**越貴。使用者可依據所檢測工況要求各項和某單項引數精度指標,以便用較低的**實現較高的精度要求。產品給出的三項精度指標是採用國際最小二乘法或端基平移法計算的。

選用感測器時。精度等級確定應根據測量系統分配發給感測器的最大誤差選項取。有時還應考慮零位時漂、零位和滿度溫度係數帶入的附加誤差。

4、選擇產品的使用溫度範圍

產品在出廠前已經過線性溫度補償。其中有些系列的變送器在組裝了電路後又進行了綜合溫度補償。補償範圍在單項產品介紹中已標出。

對於使用溫度範圍寬而又要求總精度高的使用者,還可在二次儀表資料處理中採用軟體執行溫度誤差修正。超過補償區使用,溫度係數指標可能會超標,但仍可使用。長期在溫度極限區工作,產品壽命將大大縮短。

使用者使用工況如長期在低溫或超指標高溫區工作,產品可特製。

5、差壓感測器、變送器的選擇

通用差壓感測器、變送器通常使用在高壓端壓力高於低壓端壓力的正差壓情況下,雖然擴散矽感測器都可同樣用於負差壓,一般兩引壓端基本對稱,但負壓端一般不另標定。低壓端在系統中有可能出現的超負量程使用,此時需與我公司協商。

6、頻響特性

擴散矽感測器固有頻率相對於其它產品較高,除此之外更多的情況是感測器結構的引壓腔結構引數影響和感測器結構基體剛體的尺寸影響,後者不可能不限長,故主要還是引壓腔影響。

7、與被測介質的匹配

感測器、變送器介面和電子殼體由多種不同的結構材料生產。具有不同的介質相容性,

為了獲得最優的使用效果,不致因介質不匹配而使產品損壞,使用者在選型定貨時應明白介質的準確名稱、濃度、溫度。

四、產品安裝使用注意事項

1、仔細閱讀隨貨包裝的產品說明書。正確按圖連線電路。尤其注意變送器產品不得發生接線錯誤。

2、產品出廠說明書、裝箱單、合格證要妥善儲存,它是執行三包的依據。

3、螺紋連線的產品在安裝和拆卸時,必須用扳手緊六方操作,安裝時不能擰的過緊,嚴禁夾持其它部位安裝、拆卸,避免損壞相關聯結部件。引壓孔端不得有尖硬物伸入,以免損毀敏感膜或隔離膜,嚴禁敲打、撞擊、摔跌。

4、產品外形、接囗螺紋均不得隨意進行加工、修改、否則造成質量問題責任自負。

5、禁止超指標過載,超指標過載造成的敏感膜損壞不在三包範圍。

應注意如下幾種使用情況:

a、被壓力系統瞬時出現較大過載壓力。

b、壓力檢測時,加壓裝置如水幫浦揚程過大,壓力強,造成液位高速運動衝擊敏感膜膜片,大動量衝擊附加壓造成過載。

c、用活塞壓力計標定時,活塞故障卡死未發現,導致壓力沖開時高過載衝擊敏感膜。

6、由於恆流電源對擴散矽感測器的自補償功能,原則上推薦採用恆流源供電,如測量溫度係數要求不高,條件不允許,也可使用恆壓源。

7、擴散矽感測器零位輸出不能直接採用單臂聯電阻法進行消除,可採用軟體歸零法、差動輸入修整法、t型電阻網路修正等。

8、嚴禁用尖硬物、螺絲刀、手指直接按壓臘片試壓,這樣最容易造成不可修復性損壞,凡矽膜或隔離膜破損(直接按壓或壓力超標過載才能造成的結果)而造成的產品零位變大、失效、均不在三包範圍內。

壓力感測器的原理簡介

壓力感測器是工業實踐中最為常用的一種感測器,而我們通常使用的壓力感測器主要是利用壓電效應製造而成的,這樣的感測器也稱為壓電感測器。我們知道,晶體是各向異性的,非晶體是各向同性的。某些晶體介質,當沿著一定方向受到機械力作用發生變形時,就產生了極化效應 當機械力撤掉之後,又會重新回到不帶電的狀態,也就是...

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壓力感測器小知識

壓力感測器是感受壓力並轉換為與壓力成一定關係的電訊號輸出的感測器。壓力感測器是壓力檢測系統中的重要組成部分,其電訊號輸出可給顯示儀表顯示壓力值,或供控制和報警使用。壓力變送器則是一種將壓力變數轉換為可傳送的標準化輸出訊號的計量器具,而且其輸出訊號與壓力變數之間有一給定的連續函式關係 通常為線性函式 ...