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固態(tài)壓阻壓力傳感器應(yīng)用指南
來(lái)源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2014/5/6

  半導(dǎo)體單晶硅材料在受到外力作用,產(chǎn)生肉眼根本察覺(jué)不到的極微小應(yīng)變時(shí),其原子結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電子能級(jí)狀態(tài)發(fā)生變化,從而導(dǎo)致其電阻率劇烈的變化,由其材料制成的電阻也就出現(xiàn)極大變化,這種物理效應(yīng)叫壓阻效應(yīng)。人類(lèi)是在本世紀(jì)五十年代才開(kāi)始發(fā)現(xiàn)和研究這一效應(yīng)的應(yīng)用價(jià)值的。利用壓阻效應(yīng)原理,采用三維集成電路工藝技術(shù)及一些專(zhuān)用特殊工藝,在單晶硅片上的特定晶向,制成應(yīng)變電阻構(gòu)成的惠斯頓檢測(cè)電橋,并同時(shí)利用硅的彈性力學(xué)特性,在同一硅片上進(jìn)行特殊的機(jī)械加工,集應(yīng)力敏感與力電轉(zhuǎn)換檢測(cè)于一體的這種力學(xué)量傳感器,稱(chēng)為固態(tài)壓阻傳感器。以氣、液體壓強(qiáng)為檢測(cè)對(duì)象的則稱(chēng)為固態(tài)壓阻壓力傳感器,它誕生于六十年代末期。顯然,它較之傳統(tǒng)的膜合電位計(jì)式,力平衡式,變電感式,變電容式,金屬應(yīng)變片式及半導(dǎo)體應(yīng)變片式傳感器技術(shù)上先進(jìn)得多,目前仍是壓力測(cè)量領(lǐng)域最新一代傳感器。由于各自的特點(diǎn)及局限性,它雖然不能全面取代上述各種力學(xué)量傳感器,但是,從八十年代中期以后,在美,日,歐傳感器市場(chǎng)上,它已是壓力傳感器中執(zhí)牛耳的品種,并與壓電式幾乎平分了加速度傳感器的國(guó)際市場(chǎng)。目前,在以大規(guī)模集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)介入為特色的智能傳感器技術(shù)中,由于它能做成單片式多功能復(fù)合敏感元件來(lái)構(gòu)成智能傳感器的基礎(chǔ),因此,它仍然最受矚目。

  主要特點(diǎn):

  1. 靈敏度高

  硅應(yīng)變電阻的靈敏因子比金屬應(yīng)變片高50~100倍,故相應(yīng)的傳感器靈敏度很高,一般滿量程輸出為100mv左右。因此對(duì)接口電路無(wú)特殊要求,應(yīng)用成本相應(yīng)較低。由于它是一種非機(jī)械結(jié)構(gòu)傳感器,因而分辨率極高,國(guó)外稱(chēng)之無(wú)限,即主要受限于外界的檢測(cè)讀出儀表限制及噪聲干擾限制,一般均可達(dá)傳感器滿量程的十萬(wàn)分之一以下。硅壓阻傳感器在零點(diǎn)附近的低量程段無(wú)死區(qū),且線性優(yōu)良。 

  2. 精度高

  由于固態(tài)壓阻壓力傳感器的感受,敏感轉(zhuǎn)換和檢測(cè)三部分由同一個(gè)元件實(shí)現(xiàn),沒(méi)有中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),所以不重復(fù)性和遲滯誤差極小。同時(shí)由于硅單晶本身剛度很大,形變很小,保證了良好的線性,因此綜合靜態(tài)精度很高。 

  3. 體積小、重量輕、動(dòng)態(tài)頻響高

  由于芯體采用集成工藝,又無(wú)傳動(dòng)部件,因此體積小,重量輕。小尺寸芯片加上硅極高的彈性模數(shù),敏感元件的固有頻率很高。在動(dòng)態(tài)應(yīng)用時(shí),動(dòng)態(tài)精度高,使用頻帶寬,合理選擇設(shè)計(jì)傳感器外型,使用帶寬可以從零頻至100千赫茲。

  4. 性能穩(wěn)定、可靠性高

  由于工作彈性形變低至微應(yīng)變數(shù)量級(jí),彈性薄膜最大位移在亞微米數(shù)量級(jí),因而無(wú)磨損、無(wú)疲勞、無(wú)老化。壽命長(zhǎng)達(dá)107壓力循環(huán)次以上。

  5. 溫度系數(shù)小

  由于微電子技術(shù)的進(jìn)步,四個(gè)應(yīng)變電阻的一致性可做的很高,加之激光修調(diào)技術(shù)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的進(jìn)步,目前硅壓阻傳感器的零位與靈敏度溫度系數(shù)已可達(dá)10-5/℃數(shù)量級(jí),即在壓力傳感器領(lǐng)域已超過(guò)溫度系數(shù)小的應(yīng)變式傳感器的水平。 

  6. 適應(yīng)介質(zhì)廣

  由于硅的優(yōu)良化學(xué)防腐性能,與硅油的良好可兼容性,使得隔離式結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn),即使非隔離型的壓阻壓力傳感器,也有相當(dāng)程度的適應(yīng)各種介質(zhì)的能力。 

  7. 安全防爆

  由于其低電壓、低電流的低功耗特點(diǎn),它是本質(zhì)安全防爆型產(chǎn)品,可廣泛用于各種化工工業(yè)檢測(cè)控制等領(lǐng)域,具有最優(yōu)性價(jià)比。

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