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壓力傳感器的種類及特點


壓力傳感器的種類有濺射薄膜、硅壓阻、應變片、藍寶石、玻璃微熔、陶瓷壓阻、陶瓷壓容等,國內大批量生產主要是硅壓阻、陶瓷壓阻、玻璃微熔和陶瓷壓容,下面分別介紹下這幾種類型傳感器的特點:

利用半導體材料的壓阻效應和良好的彈性,通過集成電路工藝和MEMS加工工藝研制出了硅壓阻傳感器,目前硅壓阻最小尺寸可以做到0.5*0.5mm以內,這樣一片8寸晶圓上就可以切割出近10萬支壓力傳感器。硅壓阻傳感器作為微型傳感器中的一種,具有尺寸小,產量高、成本低、過載能力強、抗干擾能力強、信號輸出靈敏度高等優點。由于常規封裝一般采用正壓結構,一般只可以測量一些純凈的沒有腐蝕性的介質,溫度漂移較大,滿量程溫漂達到0.15%F.S/℃。

目前硅壓阻壓力芯體常用的非隔離和隔離兩種封裝結構,非隔離式一般封裝在塑料外殼內,硅片表面點硅凝膠保護,這種結構比較適合車用進氣歧管壓力、胎壓和大氣壓力的測量,量程和成本優勢明顯,也有用點特殊膠水封裝后應用于機油、水、尾氣壓力測量的,但使用壽命問題難以解決。隔離封裝一般使用金屬膜片內部充油方法,這種封裝方式可用于機油、冷媒、燃油、尾氣等有腐蝕性或污染嚴重介質,但由于充油工藝復雜生產成本高,相對于其它種類的傳感器來說性價比不是很明顯。

除了以上的兩種封裝方式,目前國內廠家在開發一種倒封裝結構,這種結構由硅片背面直接與介質接觸,可以避免硅片表面的電路被腐蝕和污染的風險。倒封裝工藝一旦成熟一定可以使硅壓阻傳感器適合更多的應用。

陶瓷電阻技術采用厚膜印刷工藝將惠斯通電橋印刷在陶瓷結構的表面,利用壓敏電阻效應,實現將介質的壓力信號轉換為電壓信號。陶瓷是一種公認的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。

陶瓷的熱穩定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達-40 ~135 ℃,電氣絕緣程度2kV,這樣高的絕緣強度其它傳感器很難做到,目前國內有較多廠家提供陶瓷電阻壓力傳感器芯體。但該技術信號輸出靈敏度低,量程一般限定在500kPa~10MPa,且常規中空結構,僅靠膜片承壓,抗過載能力差,當待測介質壓力過載時,陶瓷電阻傳感器會存在膜片破裂,介質泄露的風險。陶瓷壓阻適合冷媒、機油,剎車的壓力測量應用。

陶瓷壓阻傳感器芯體自帶溫度補償,溫漂可以做到0.02%F.s/℃,所以對于絕大多數應用不需要再做溫度補償,可以降低生產成本。一般的陶瓷壓阻傳感器時漂問題比較突出,對物料的采購和生產工藝要求較高。

玻璃微熔技術采用高溫燒結工藝,將硅應變計與不銹鋼結構結合。硅應變計等效的四個電阻組成惠斯通電橋,當不銹鋼膜片的另一側有介質壓力時,不銹鋼膜片產生微小形變引起電橋變化,形成正比于壓力變化的電壓信號。玻璃微熔工藝實現難度較大,成本高。主要優勢是介質耐受性好,抗過載能力強,一般適用于高壓和超高壓量程,如10MPa~200MPa,應用較為受限。

玻璃微熔壓力傳感器在柴油共軌、裝載機液壓、燃油泵等高壓力應用優勢明顯,對于2MPa以下的應用,沒有成本優勢。除此之外玻璃微熔壓力傳感器溫漂和硅壓阻傳感器相當,校準時需要溫度補償才能達到需要的精度。

陶瓷壓容技術采用固定式陶瓷基座和可動陶瓷膜片結構,可動膜片通過玻璃漿料等方式與基座密封固定在一起。兩者之間內側印刷電極圖形,從而形成一個可變電容,當膜片上所承受的介質壓力變化時兩者之間的電容量隨之發生變化,通過調理芯片將該信號進行轉換調理后輸出給后級使用。

陶瓷壓容技術具有量程范圍寬、溫度特性好、可過載能力強、長期穩定性好等優勢。廣泛應用于冷媒、機油、剎車、燃油等壓力測量。陶瓷壓容芯體有很好的溫度特性,例如2MPa的芯體每100℃溫漂優于0.5%F.s。搭配JHM2102僅需要常溫兩點校準,就可以做到-40~125℃溫區內1.5%F.S以內的精度。



【更新時間:2022-7-25】
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