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壓力傳感器
2015-5-7
來源:上海洪碩機電設備有限公司
點擊數: 4954          作者:上海洪碩機電設備有限公司
  • 壓力傳感器

    壓力傳感器是工業實踐、儀器儀表控制中最為常用的一種傳感器,并廣泛應用于各種工業自控環境,涉及水利水電、鐵路交通、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業。 

    力學傳感器的種類繁多,如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器,它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。

    下面我們主要介紹這類傳感器。 

    1、  壓阻式壓力傳感器原理與應用: 

    壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅材料的壓阻效應和集成電路技術制成的傳感器。壓阻式傳感器常用于壓力、拉力、壓力差和可以轉變為力的變化的其他物理量(如液位、加速度、重量、應變、流量、真空度)的測量和控制。 

    壓阻效應 

    當力作用于硅晶體時,晶體的晶格產生變形,使載流子從一個能谷向另一個能谷散射,引起載流子的遷移率發生變化,擾動了載流子縱向和橫向的平均量,從而使硅的電阻率發生變化。這種變化隨晶體的取向不同而異,因此硅的壓阻效應與晶體的取向有關。硅的壓阻效應不同于金屬應變計,前者電阻隨壓力的變化主要取決于電阻率的變化,后者電阻的變化則主要取決于幾何尺寸的變化(應變),而且前者的靈敏度比后者大50100倍。 

    壓阻式壓力傳感器結構 

    壓阻式壓力傳感器采用集成工藝將電阻條集成在單晶硅膜片上,制成硅壓阻芯片,并將此芯片的周邊固定封裝于外殼之內,引出電極引線。壓阻式壓力傳感器又稱為固態壓力傳感器,它不同于粘貼式應變計需通過彈性敏感元件間接感受外力,而是直接通過硅膜片感受被測壓力的。硅膜片的一面是與被測壓力連通的高壓腔,另一面是與大氣連通的低壓腔。硅膜片一般設計成周邊固支的圓形,直徑與厚度比約為2060。在圓形硅膜片(N)定域擴散4P雜質電阻條,并接成全橋,其中兩條位于壓應力區,另兩條處于拉應力區,相對于膜片中心對稱。硅柱形敏感元件也是在硅柱面某一晶面的一定方向上擴散制作電阻條 ,兩條受拉應力的電阻條與另兩條受壓應力的電阻條構成全橋。

    應用 

    壓阻式傳感器廣泛地應用于航天、航空、航海、石油化工、動力機械、生物醫學工程、氣象、地質、地震測量等各個領域。在航天和航空工業中壓力是一個關鍵參數,對靜態和動態壓力,局部壓力和整個壓力場的測量都要求很高的精度。壓阻式傳感器是用于這方面的較理想的傳感器。例如,用于測量直升飛機機翼的氣流壓力分布,測試發動機進氣口的動態畸變、葉柵的脈動壓力和機翼的抖動等。在飛機噴氣發動機中心壓力的測量中,使用專門設計的硅壓力傳感器,其工作溫度達500℃以上。在波音客機的大氣數據測量系統中采用了精度高達0.05%的配套硅壓力傳感器。在尺寸縮小的風洞模型試驗中,壓阻式傳感器能密集安裝在風洞進口處和發動機進氣管道模型中。單個傳感器直徑僅2.36毫米,固有頻率高達300千赫,非線性和滯后均為全量程的±0.22%。在生物醫學方面,壓阻式傳感器也是理想的檢測工具。已制成擴散硅膜薄到10微米,外徑僅0.5毫米的注射針型壓阻式壓力傳感器和能測量心血管、顱內、尿道、子宮和眼球內壓力的傳感器。圖3是一種用于測量腦壓的傳感器的結構圖。壓阻式傳感器還有效地應用于爆炸壓力和沖擊波的測量、真空測量、監測和控制汽車發動機的性能以及諸如測量槍炮膛內壓力、發射沖擊波等兵器方面的測量。此外,在油井壓力測量、隨鉆測向和測位地下密封電纜故障點的檢測以及流量和液位測量等方面都廣泛應用壓阻式傳感器。隨著微電子技術和計算機的進一步發展,壓阻式傳感器的應用還將迅速發展。   


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