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扩散硅压力传感器技术特点
2024-8-14 阅读(369)
一、介绍
硅单晶材料在受到外力作用产生极微小应变时(一般小于400微应变)，其内部原子结构的电子能级状态会发生变化，从而导致其电阻率剧烈变化(G因子突变)，用此材料制成的电阻也就出现极大变化，这种物理效应称为压阻效应。利用压阻效应原理，采用集成工艺技术经过掺杂、扩散，沿单晶硅片上的特定晶向，制成应变电阻，构成惠斯登电桥，利用硅材料的弹性力学特性，在同一硅材料上进行各向异性微加工，就制成了一个集力敏与力电转换检测于一体的扩散硅传感器。给传感器匹配一放大电路相关部件，使之输出一个标准信号，就组成了一台完整的变送器。
二、技术特点
1、灵敏度高
扩散硅敏电阻的灵敏因子比金属应变高50~80倍，它的满量程信号输出在80~100mv左右。对接口电路适配性好，应用成本相应较低。由于它输入激励电压低，输出信号大，且无机械动件损耗，因而分变率高。
2、精度高
扩散硅压力传感器的感受、敏感转换和检测三位一体，无机械动件连接转换环节，所以不重复性和迟滞误差很小。由于硅材料的刚性好，形变小，因而传感器的线性也非常好，因此综合静态精度很高。
3、可靠性高
扩散硅敏感膜片的弹性形变量在微应变数量级、膜片最大位移量在亚微米数量级，且无机械磨损，无疲劳，无老化。平均时间长，性能稳定，可靠性高。
4、频响高
由于敏感膜片硅材料的本身固有频率高，一般在50KC。制造过程采用了集成工艺，膜片的有效面积可以很小，配以刚性结构前置安装特殊设计。使传感器频率响应高，使用带宽可达零频至100千赫兹。
5、温度性能好
随着集成工艺技术进步，扩散硅敏感膜的四个电阻一致性得到进一步提高，原始的手工补偿已被激光调阻、计算机自动休整技术所替代，传感器的零位和灵敏度温度系数已可达10-5/℃数量级，工作温度也大幅度提高。
6、抗电击穿性能好
由于采用了特殊材料和装配工艺，扩散硅传感器不但可以做到130℃正常使用，在强磁场、高电压击穿试验中可抗击1500V/AC电压的冲击。
7、耐腐蚀性好
由于扩散硅材料本身优良的化学腐蚀性能，即使传感器受压力面不隔离，也能在普通使用中适应各种介质。硅材料又与硅油有良好的兼容性，使它在采用防腐材料隔离时结构工艺更易于实现。加之它的低电压、低电流、低工耗、低成本和本质安全防爆的特点，可替代多同类型的同功能产品，具有性能价格比。
