新型硅壓力傳感器如何區(qū)分于傳統(tǒng)硅壓力傳感器

以往，使用硅敏感元件的油壓傳感器在測(cè)試性能和可靠性時(shí)，會(huì)受到多種因素的影響。不過，目前上市的最新版本得益于許多機(jī)械設(shè)計(jì)的改進(jìn)，因此能夠克服這些缺點(diǎn)。

大部分硅壓敏元件是介質(zhì)隔離型的，也就是說，他們使用隔離隔膜來工作.當(dāng)測(cè)量壓力時(shí)，隔膜會(huì)通過油液彎曲壓力傳給硅片。傳統(tǒng)的充油隔膜、硅壓力傳感器比最新的傳感器所使用的油量要大得多。

盡管用戶通常不關(guān)心這種油的價(jià)格，但是它對(duì)傳感器的總體性能和熱穩(wěn)定性的影響是一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)因素。按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，空氣會(huì)滲透到房子里，然后陷入石油中，這樣就會(huì)產(chǎn)生問題。油品的物理性質(zhì)隨空氣的膨脹和收縮而變化，當(dāng)傳感器的工作溫度波動(dòng)時(shí)，會(huì)引起測(cè)量誤差。當(dāng)傳感器變得不那么密封，更多的空氣將進(jìn)入室內(nèi)，隨著時(shí)間推移，問題會(huì)惡化。

為解決這些問題，最新的硅壓敏元件采用了改進(jìn)的機(jī)械密封設(shè)計(jì)，與先前的版本相比，它只使用了油箱的一小部分。也就是說，即使空氣進(jìn)入油中，油的量也會(huì)減少，所以溫度波動(dòng)對(duì)油的影響會(huì)更小，從而使得測(cè)量結(jié)果更可靠，熱穩(wěn)定性也會(huì)提高。這一影響并未完全消除，但與傳統(tǒng)版本相比已大大降低。這就是說，最新的傳感器經(jīng)過改進(jìn)，可以適用于真空環(huán)境下的機(jī)械密封。

更高的超壓現(xiàn)在也可能發(fā)生。一般來講，最新的硅壓敏元件在1bar以上工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生5倍的超壓，遠(yuǎn)高于目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品，因此，即使是在系統(tǒng)超壓狀態(tài)下，用戶也可以得到額外的安全保護(hù)。類似地，最新的傳感器在低于1巴赫的壓力范圍下可以提供10倍的超壓力，從而保護(hù)敏感的低距離隔膜。

與傳統(tǒng)傳感器相比，精度也提高了±0.1%，其中包括分辨率、重復(fù)性、熱穩(wěn)定性等方面的改進(jìn)，其效果相當(dāng)明顯。

采用全不銹鋼結(jié)構(gòu)的充油硅壓力傳感器也可用于食品、飲料等。新型傳感器與食品級(jí)油配合使用，可抵抗頻繁清洗、化學(xué)和其他清潔劑，這是因?yàn)槊芊庑阅芴岣吡恕?/p>

以往的充油硅壓力傳感器存在著定位問題。舉例來說，如果工廠對(duì)水平位置的傳感器進(jìn)行4mA的標(biāo)定，但在應(yīng)用中，傳感器是安裝在一個(gè)角度或稍微偏移的位置，油物理特性的變化(因?yàn)橹亓ψ饔?可能會(huì)影響傳感器的測(cè)量。最新版的版本中，所用的原油明顯減少，而且沒有受到同等程度的影響，而且地心引力的影響大大降低。

有許多原因?qū)е掠脩暨x擇硅壓力傳感器代替壓力傳感器技術(shù)。一些技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下：

全彈性

采用硅壓敏元件，基底膜片一般由‘n’型單晶層硅制成，彈性可達(dá)100%至其斷點(diǎn)。因此硅是一種理想的傳感膜片材料。

小時(shí)滯

高彈材料與接近完美的粘結(jié)和集成應(yīng)變計(jì)相結(jié)合，形成幾乎無滯后的結(jié)構(gòu)。這種方法保證了壓力讀數(shù)的準(zhǔn)確性，與壓力變化的方向無關(guān)。

重復(fù)的。

應(yīng)變儀是把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的關(guān)鍵部件。因?yàn)檫@兩種量規(guī)是化學(xué)變化區(qū)域的均勻材料，它們幾乎完全變形(沒有滯后或分離現(xiàn)象)和應(yīng)力隔離。也就是說，在很多壓力循環(huán)中，壓力測(cè)量的重復(fù)性都很好(即傳感器不存在疲勞)。

高規(guī)系數(shù)

當(dāng)壓力變化一定時(shí)，半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)之間的電壓降可達(dá)到較高的水平，這意味著模擬數(shù)字分辨率能得到更好的利用，信噪比也能得到改善。

簡(jiǎn)潔輕巧。

硅片及硅壓阻元件采用化學(xué)腐蝕、微機(jī)械加工、摻雜與掩蔽等組合方式，利用微電子元件來制造機(jī)械結(jié)構(gòu)，從而制造出微型敏感元件。因?yàn)楦袦y(cè)膜片通常限制了整個(gè)傳感器的設(shè)計(jì)直徑，一個(gè)更緊湊的感測(cè)元件可以幫助工程師設(shè)計(jì)出更緊湊、更輕的壓力傳感器。

加快速度

硅傳感器元件的緊湊和重量減輕意味著它們對(duì)加速力的敏感度較低。所以這些傳感器在具有高G力、高振動(dòng)和沖擊的場(chǎng)合都是首選。

穩(wěn)定性強(qiáng)

不在感測(cè)膜片表面粘貼、印刷或電鍍半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)，而是同一材料的化學(xué)變化部分。在使用過程中，應(yīng)變片鍵會(huì)隨壓力和溫度的變化而惡化或改變，從而導(dǎo)致傳感器性能的不穩(wěn)定。

高超常壓力

半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)比其他類型的應(yīng)變計(jì)具有更高的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)，這樣就可以在給定的壓力范圍內(nèi)使用更硬的膜片，從而能夠指定高超壓等級(jí)，但又不會(huì)對(duì)靈敏度產(chǎn)生太大的影響。硅膠具有較高的彈性，與其他彈性較低的隔膜材料相比，硅膠具有較低的應(yīng)變能力，應(yīng)力較小。

動(dòng)力反應(yīng)

因應(yīng)變片具有較高的靈敏度，所以相對(duì)于感測(cè)膜片的橫截面面積來說，它的厚度更大。另外，小尺寸會(huì)產(chǎn)生高的固有頻率。這種彈性與原子結(jié)合的應(yīng)變計(jì)，使得硅應(yīng)變片能對(duì)快速變化的壓力作出反應(yīng)。