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      壓阻式壓力傳感器的工作原理及性能分析

      時間:2021-01-02 點擊次數:

          從廣義上講,壓力傳感器可分為三類:壓阻壓力傳感器、電容壓力傳感器和壓電壓力傳感器,下面,介紹壓阻壓力傳感器的工作原理及性能。

          壓力傳感器的壓力敏感元件為壓阻元件,其工作原理為壓阻效應。所稱壓阻元件,實際上是指由集成電路工藝在半導體材料基板上制造的擴散電阻,當它受到外力作用時,會因電阻率的變化而改變阻值。在正常情況下,擴散電阻需要依賴于彈性元件,通常使用單晶硅薄膜。

          壓阻片采用周邊固定硅片結構,封裝于外殼內。一個圓形單晶硅膜片上,有四個擴散電阻,其中兩片位于受壓應力區,另兩片位于受拉應力區,構成全橋測量電路。硅膜由圓形硅杯固定,兩側有兩個壓腔,一個與測量的壓力相連接的高壓腔,另一個是低壓腔,接參考壓力,通常與壓氣層相通。在壓差作用下,膜片產生變形,從而改變兩對電阻的阻值,使電橋失去平衡,其輸出電壓反映膜片兩側壓差的大小。

          MEMS技術硅壓阻式智能傳感器。

          利用惠斯頓檢測電橋,利用MEMS技術將壓力信號轉換成電信號,利用應變原理,使單晶硅片成為集應力敏感和力電敏感于一體的敏感元件。

      硅片受外力作用時,硅應變電橋的橋臂電阻會發生變化,通常采用惠斯頓電橋的檢測方式。在圖3中可以看到。

      它的輸出電壓表示為:

      V="VBΔR/R(R1=R2,R3=R4,P=P=R2,P=R4)

      由于電阻的變化與應力P有直接的關系。

      伏特=SPVB±伏特。

      其中:Vo是輸出電壓,mV;S是靈敏度,mV/V/Pa;P是外力或應力,Pa;P是橋壓,V,V;P是零輸出電壓,mV。

      單片機芯片只能作為檢測單元的一部分,不能獨立完成信號轉換,因此必須有特殊的封裝,使其具有壓力檢測功能。用PYREX玻璃將硅晶片和密封環連接起來。由于PYREX玻璃環作為硅片的力學固定支撐彈性敏感元件,并使硅片絕緣于封裝,PYREX玻璃環上的孔恰好成為傳感器的基準壓腔和電極引線腔。在金屬螺紋基座上形成進氣腔后,這種包裝技術能承受至少15MPa的壓力,如果經過特殊處理,還能承受100MPa的壓力。

      技術性能分析

      MEMS智能硅壓阻傳感器的靜態特性測試結果表明,其技術指標如下:

      再現性小于±0.2%滿負荷。

      滯后小于0.1%的滿量程。

      線性小于±0.1%的滿量程

      敏感性為0.02V/千帕。

      這個感應器有100毫秒的分辨率。

      這個感應器的超載能力達到200%

      與HZ-PRC-802型等常規壓阻式壓力傳感器相比:

      計量準確度為0.5%(包括線性、重復性、滯后指標)

      敏感性是±0.02%FS/℃。

      瞬間超負荷是兩倍滿量程。

      智能化硅壓阻式傳感器具有穩定、靈敏度高、溫度范圍寬、封裝尺寸小、質量好等特點。

          - 深圳市力準傳感技術有限公司是專業生產高品質、高精度測力傳感器廠家。主要產品有微型壓式傳感器、拉壓式柱式傳感器、螺桿拉壓式傳感器、S型拉壓力傳感器、軸銷傳感器、稱重測力傳感器、多維力傳感器、扭矩傳感器、位移傳感器、壓力變送器、液壓傳感器、變送器/放大器、控制儀表、以及手持儀等力控產品達千余種,并已獲得多項國家知識產權。

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