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多种重要的压力传感器

传感器技术是现代科学技术发展水平的象征之一,压力传感器技术是传感器技术的重要分支。目前,扩散硅、电容器、硅蓝宝石、陶瓷厚膜、金属应变电等各种压力传感器正广泛应用于国家生产的各个行业和科技领域。以下简要介绍了常用压力传感器的一些特点及其差异。 蓝宝石压力传感器 蓝宝石压力传感器采用应变电阻工作原理,以硅蓝宝石为半导体敏感元件,具有无与伦比的测量特性。 蓝宝石由单晶体绝缘元素组成,无滞后、疲劳、蠕变;蓝宝石比硅更坚固,硬度更高,不怕变形;蓝宝石具有很好的弹性和绝缘性,因此硅蓝宝石制成的半导体敏感元件对温度变化不敏感,即使在高温条件下也具有良好的工作特性;蓝宝石具有很强的抗辐射性;此外,无硅蓝宝石半导体敏感元件P-N因此,制造工艺从根本上简化,重复性提高,成品率高。 由硅蓝宝石半导体敏感元件制成的压力传感器和变送器可在最恶劣的工作条件下正常工作,可靠性高,精度好,温度误差小,性价比高。 扩散硅压力传感器 扩散硅压力传感器的工作原理是:测量介质的压力直接作用于传感器膜(不锈钢或陶瓷),使膜产生与介质压力成正比的微位移,改变传感器的电阻值,用电子线检测变化,转换输出相应压力的标准测量信号。 陶瓷压力传感器 耐腐蚀陶瓷压力传感器无液体传输,压力直接作用于陶瓷膜的前表面和室内膜的表面,使膜产生小变形。厚膜电阻印刷在陶瓷膜背面,连接成惠斯通电桥(闭桥)。由于压敏电阻的压阻效应,电桥产生与压力成正比的高线性电压信号,与激励电压成正比,根据压力范围的不同,标准信号标定为2.0、3.0、3.3MV等,可与应变传感器兼容。通过激光校准,传感器具有较高的温度稳定性和时间稳定性,传感器具有自身的温度补偿0℃~70℃,并且可以直接接触绝大多数介质。 陶瓷被公认为高弹性、耐腐蚀、耐磨、耐冲击和振动材料。陶瓷的热稳定性及其厚膜电阻可使其工作温度范围高达-40℃~135℃,而且测量精度高,稳定性高。电气绝缘大于2KV,输出信号强,长期稳定性好。高特性、低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向。在欧洲和美国,有全面取代其他类型传感器的趋势。在中国,越来越多的用户使用陶瓷传感器来取代扩散硅压力传感器。 陶瓷厚膜结构与力敏Z-元件优势互补 厚膜压力传感器是继扩散硅压力传感器之后压力传感器的又一次重大技术创新Z-元件是国内外唯一具有数字信号输出的敏感元件,因此陶瓷厚膜工艺和力敏Z-元件最简单电路的巧妙结合,可以产生性能优良、成本低的新传感器。具体而言,陶瓷厚膜工艺具有以下优点: 陶瓷弹性体性能优异,平整、均匀、质量密集的材料严格遵循虎克定律,无塑性变形。 厚膜电阻(包括高温导线)可与陶瓷弹性膜牢固烧结,无胶粘。刚性结构蠕变小,漂移小,静态性能稳定,动态性能好。 厚膜弹性体结构简单,制备方便。与扩散硅压力传感器相比,不需要半导体平面工艺来形成扩散电阻弹性膜,大大降低了生产线的初始投资和加工成本。 陶瓷厚膜结构耐液体或气体介质腐蚀,不需要通过不锈钢膜和硅油的转换和隔离,简化了封装结构,进一步降低了成本。 工作量宽。只要微压不小于1,量程就取决于膜的有效半径与厚度之比KPA,原则上,较高的量程也很容易实现。

工作温度范围宽,可达-40℃~120℃。 陶瓷厚膜力数字传感器的结构设计 陶瓷厚膜力数字传感器主要由瓷环、陶瓷膜片和陶瓷盖板组成。陶瓷膜片作为感应弹性体,使用95%AL2O瓷精加工而成,要求平整、均匀、质密,其厚度和有效半径取决于设计量程。 瓷环采用热压铸工艺高温烧制。陶瓷膜片与瓷环之间采用高温玻璃浆,通过厚膜印刷和热烧技术烧制,形成周围固体支撑的感应杯弹性体,即陶瓷周围固体支撑部分应形成无蠕变的刚性结构。在陶瓷膜片的上表面,即瓷杯的底部,传感器的电路采用厚膜技术制成。陶瓷盖板下部的圆形凹槽使盖板与膜之间形成一定的间隙,防止膜过载时过度弯曲破裂,形成传感器的抗过载保护。

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