半导体单晶硅材料在受到外力作用,产生肉眼根本察觉不到的极微小应变时,其原子结构内部的电子能级状态发生变化,从而导致其电阻率剧烈的变化,由其材料制成的电阻也就出现极大变化,这种物理效应叫压阻效应。人类是在本世纪五十年代才开始发现和研究这一效应的应用价值的。利用压阻效应原理,采用三维集成电路工艺技术及一些专用特殊工艺,在单晶硅片上的特定晶向,制成应变电阻构成的惠斯顿检测电桥,并同时利用硅的弹性力学特性,在同一硅片上进行特殊的机械加工,集应力敏感与力电转换检测于一体的这种力学量传感器,称为固态压阻传感器。以气、液体压强为检测对象的则称为固态压阻压力传感器,它诞生于六十年代末期。显然,它较之传统的膜合电位计式,力平衡式,变电感式,变电容式,金属应变片式及半导体应变片式传感器技术上先进得多,目前仍是压力测量领域最新一代传感器。由于各自的特点及局限性,它虽然不能全面取代上述各种力学量传感器,但是,从八十年代中期以后,在美CONTROL ENGINEERING China版权所有,日,欧传感器市场上,它已是压力传感器中执牛耳的品种,并与压电式几乎平分了加速度传感器的国际市场。目前,在以大规模集成电路技术和计算机软件技
主要特点: 2. 精度高 3. 体积小、重量轻、动态频响高 4. 性能稳定、可靠性高 5. 温度系数小 6. 适应介质广 7. 安全防爆 来源:电力设备网
1. 灵敏度高
硅应变电阻的灵敏因子比金属应变片高50~100倍CONTROL ENGINEERING China版权所有,故相应的传感器灵敏度很高www.cechina.cn,一般满量程输出为100mv左右。因此对接口电路无特殊要求,应用成本相应较低。由于它是一种非机械结构传感器,因而分辨率极高,国外称之无限,即主要受限于外界的检测读出仪表限制及噪声干扰限制,一般均可达传感器满量程的十万分之一以下。硅压阻传感器在零点附近的低量程段无死区,且线性优良。
由于固态压阻压力传感器的感受,敏感转换和检测三部分由同一个元件实现,没有中间转换环节,所以不重复性和迟滞误差极小。同时由于硅单晶本身刚度很大,形变很小,保证了良好的线性,因此综合静态精度很高。
由于芯体采用集成工艺,又无传动部件,因此体积小,重量轻。小尺寸芯片加上硅极高的弹性模数,敏感元件的固有频率很高。在动态应用时,动态精度高,使用频带宽,合理选择设计传感器外型,使用带宽可以从零频至100千赫兹。
由于工作弹性形变低至微应变数量级,弹性薄膜最大位移在亚微米数量级,因而无磨损、无疲劳、无老化。寿命长达107压力循环次以上。
由于微电子技术的进步,四个应变电阻的一致性可做的很高,加之激光修调技术、计算机自动补偿技术的进步,目前硅压阻传感器的零位与灵敏度温度系数已可达10-5/℃数量级,即在压力传感器领域已超过温度系数小的应变式传感器的水平。
由于硅的优良化学防腐性能CONTROL ENGINEERING China版权所有,与硅油的良好可兼容性,使得隔离式结构易于实现CONTROL ENGINEERING China版权所有,即使非隔离型的压阻压力传感器,也有相当程度的适应各种介质的能力。
由于其低电压、低电流的低功耗特点,它是本质安全防爆型产品,可广泛用于各种化工工业检测控制等领域,具有最优性价比。