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新型硅压力传感器如何区分于传统硅压力传感器

时间:2020-12-04 点击次数:

新型硅压力传感器如何区分于传统硅压力传感器(图1)

以往,使用硅敏感元件的油压传感器在测试性能和可靠性时,会受到多种因素的影响。不过,目前上市的最新版本得益于许多机械设计的改进,因此能够克服这些缺点。

大部分硅压敏元件是介质隔离型的,也就是说,他们使用隔离隔膜来工作.当测量压力时,隔膜会通过油液弯曲压力传给硅片。传统的充油隔膜、硅压力传感器比最新的传感器所使用的油量要大得多。

尽管用户通常不关心这种油的价格,但是它对传感器的总体性能和热稳定性的影响是一个关键的设计因素。按照传统的设计,空气会渗透到房子里,然后陷入石油中,这样就会产生问题。油品的物理性质随空气的膨胀和收缩而变化,当传感器的工作温度波动时,会引起测量误差。当传感器变得不那么密封,更多的空气将进入室内,随着时间推移,问题会恶化。

为解决这些问题,最新的硅压敏元件采用了改进的机械密封设计,与先前的版本相比,它只使用了油箱的一小部分。也就是说,即使空气进入油中,油的量也会减少,所以温度波动对油的影响会更小,从而使得测量结果更可靠,热稳定性也会提高。这一影响并未完全消除,但与传统版本相比已大大降低。这就是说,最新的传感器经过改进,可以适用于真空环境下的机械密封。

更高的超压现在也可能发生。一般来讲,最新的硅压敏元件在1bar以上工作时,会产生5倍的超压,远高于目前市场上的产品,因此,即使是在系统超压状态下,用户也可以得到额外的安全保护。类似地,最新的传感器在低于1巴赫的压力范围下可以提供10倍的超压力,从而保护敏感的低距离隔膜。

与传统传感器相比,精度也提高了±0.1%,其中包括分辨率、重复性、热稳定性等方面的改进,其效果相当明显。

采用全不锈钢结构的充油硅压力传感器也可用于食品、饮料等。新型传感器与食品级油配合使用,可抵抗频繁清洗、化学和其他清洁剂,这是因为密封性能提高了。

以往的充油硅压力传感器存在着定位问题。举例来说,如果工厂对水平位置的传感器进行4mA的标定,但在应用中,传感器是安装在一个角度或稍微偏移的位置,油物理特性的变化(因为重力作用)可能会影响传感器的测量。最新版的版本中,所用的原油明显减少,而且没有受到同等程度的影响,而且地心引力的影响大大降低。

有许多原因导致用户选择硅压力传感器代替压力传感器技术。一些技术优势如下:

全弹性

采用硅压敏元件,基底膜片一般由‘n’型单晶层硅制成,弹性可达100%至其断点。因此硅是一种理想的传感膜片材料。

小时滞

高弹材料与接近完美的粘结和集成应变计相结合,形成几乎无滞后的结构。这种方法保证了压力读数的准确性,与压力变化的方向无关。

重复的。

应变仪是把压力信号转化为电信号的关键部件。因为这两种量规是化学变化区域的均匀材料,它们几乎完全变形(没有滞后或分离现象)和应力隔离。也就是说,在很多压力循环中,压力测量的重复性都很好(即传感器不存在疲劳)。

高规系数

当压力变化一定时,半导体应变计之间的电压降可达到较高的水平,这意味着模拟数字分辨率能得到更好的利用,信噪比也能得到改善。

简洁轻巧。

硅片及硅压阻元件采用化学腐蚀、微机械加工、掺杂与掩蔽等组合方式,利用微电子元件来制造机械结构,从而制造出微型敏感元件。因为感测膜片通常限制了整个传感器的设计直径,一个更紧凑的感测元件可以帮助工程师设计出更紧凑、更轻的压力传感器。

加快速度

硅传感器元件的紧凑和重量减轻意味着它们对加速力的敏感度较低。所以这些传感器在具有高G力、高振动和冲击的场合都是首选。

稳定性强

不在感测膜片表面粘贴、印刷或电镀半导体应变计,而是同一材料的化学变化部分。在使用过程中,应变片键会随压力和温度的变化而恶化或改变,从而导致传感器性能的不稳定。

高超常压力

半导体应变计比其他类型的应变计具有更高的标准系数,这样就可以在给定的压力范围内使用更硬的膜片,从而能够指定高超压等级,但又不会对灵敏度产生太大的影响。硅胶具有较高的弹性,与其他弹性较低的隔膜材料相比,硅胶具有较低的应变能力,应力较小。

动力反应

因应变片具有较高的灵敏度,所以相对于感测膜片的横截面面积来说,它的厚度更大。另外,小尺寸会产生高的固有频率。这种弹性与原子结合的应变计,使得硅应变片能对快速变化的压力作出反应。


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