單晶硅壓力變送器工作原理

廣州東儀自動化科技有限公司生產(chǎn)的壓力、液位、流量計等廣泛應用于工業(yè)領(lǐng)域，作為當前工業(yè)智能變送器領(lǐng)域的革新產(chǎn)品，單晶硅壓力變送器也被稱為復合微硅固態(tài)傳感器、智能變送器和高精度智能變送器等等，受到主流工業(yè)企業(yè)的青睞。

 廣州東儀自動化科技有限公司是研發(fā)與生產(chǎn)壓力、液位、流量計等變送器廠商。下面我們簡單介紹一下單晶硅壓力變送器的工作原理，如圖1所示，單晶硅壓力變送器的敏感元件是將P型雜質(zhì)擴散到N型硅片上，形成極薄的導電P型層，焊上引線即成“單晶硅應變片”，其電氣性能是做成一個全動態(tài)的壓阻效應惠斯登電橋。該壓阻效應惠斯登電橋和彈性元件（即其N型硅基底）結(jié)合在一起。介質(zhì)壓力通過密封硅油傳到硅膜片的正腔側(cè)，與作用在負腔側(cè)的介質(zhì)形成壓差，它們共同作用的結(jié)果使膜片的一側(cè)壓縮，另一側(cè)拉伸，壓差使電橋失衡，輸出一個與壓力變化對應的信號。惠斯登電橋的輸出信號經(jīng)電路處理后，即產(chǎn)生與壓力變化成線性關(guān)系的4-20mA標準信號輸出。

 對于表壓傳感器，其負腔側(cè)通常通大氣，以大氣壓作為參考壓力；對于絕壓傳感器，其負腔側(cè)通常為真空室，以真空作為參考壓力；對于差壓傳感器，其負腔側(cè)的導壓介質(zhì)通常和正腔側(cè)相同，如硅油、氟油、植物油等。 

 圖1  單晶硅傳感器結(jié)構(gòu)圖

圖2  膜片受壓示意圖

 如圖2所示，在正負腔室的壓差作用下，引起測量硅膜片（即彈性元件）變形彎曲，當壓差P小于測量硅膜片的需用應力比例極限σp時，彎曲可以*復位；當壓差P超過測量硅膜片的需用應力比例極限σp后，將達到材料的屈服階段，甚至達到強化階段，此時撤去壓差后測量硅膜片無法恢復到原位，導致發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的測量偏差；當壓差P達到或超過測量硅膜片能承受的zui高應力σb后，測量硅膜片破裂，直接導致傳感器損壞。因此，通過阻止或削弱外界的過載壓差P直接傳遞到測量硅膜片上，可以有效保護傳感器的測量精度和壽命。