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2.3.4 压阻式压力传感器

压力传感器主要由三部分组成:感压部分,直接承受被测应力;转换部分,将待测应力转换为电信号;激励部分,外加的激励电源。在硅弹性膜片上,用半导体器件制造技术在确定晶向上制作相同的四个感压电阻,将它们连接成惠斯登电桥,接上外加电源,就构成了基本的压力传感器。

图2-37所示为硅压阻式压力传感器结构图,主要由外壳、硅膜片及引线等组成,其核心部分是一块圆形膜片,在膜片上利用集成电路的成形工艺方法设置了四个阻值相同的电阻,构成平衡电桥的四个桥臂。膜片的四周用一圆环(硅环)固定,如图2-38所示。膜片的两边有两个压力腔:一个是和被测系统相连接的高压腔;另一个是低压腔,通常与大气相通。

图2-37 固态压力传感器结构图

图2-38 硅环上法线为〈110〉晶向的膜片

压阻式传感器的基本应用就是测压,其工作原理如上所述。但是,根据不同的使用要求,它的结构形式、外形尺寸和材料选择,有很大的差异。例如,用于动态或点压力测量,则要求体积很小,生物医学用传感器,尤其是植入式传感器,则更要求微型化,其材料选取还应考虑与生物体相容;化工领域或在有腐蚀性气体、液体中使用的传感器,则要求防爆、防腐蚀;在岩土力学研究中使用的传感器,则应考虑岩土与传感器材料的匹配,以及由于传感器的埋入而对原有应力场的影响等问题;气象部门要用绝对压力传感器,它在结构及形式上要考虑真空腔的设计;石油勘探部门不仅要求量程能达600大气压,而且温度要求在200℃下使用,如此等等。用户应根据自己的需要,选用合适的产品。

压阻式压力传感器的性能指标主要有:

(1)量程:目前最高量程达6×10 5 Pa;

(2)精度:一般在0.2%~0.5%FS之间,最高达0.1%FS;

(3)满量程输出:通常不低于几十毫伏;

(4)零点温漂:每摄氏度引起零位输出漂移,一般要求小于5×10 -3 FS/℃;

(5)零点时漂:要求小于0.3%FS/4h;

(6)阻抗:从几十欧到几千欧不等,用户可根据阻抗匹配及功耗要求进行选择;

(7)工作电压:一般5~10V;

(8)工作温度:一般不高于80℃,但专门设计制造的高温传感器可达400℃。

目前,国内生产扩散硅压力传感器的厂家很多,选用时可参考厂家说明书。 /uS1uO9CRBAjyim79EhXNBcSCzNcFm90sWQUktPhzteUl5A5d2VaybqSPpsRGAbj

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