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扩散硅压力传感器选型

2013-9-23 8:07:58      点击:

     扩散硅压力传感器型低压硅传感器,可以对十分之一磅/in2的应力产生响应,目前已有这种产品的生产和应用。在非常小的变化范围内,硅传感器已能测量液位压力的微弱变化或呼出物施加的压力。这些装置采用了压力感测的新型技术,可以取代很多应用的机械压力装置。但你如何能在应用中进行最好的选择呢?判断的好方法就是测试硅传感器和传统传感器间的差别,市场优势和你所用的硅传感器的技术规格。
    什么能正确的组成低压传感器系统?一般来说,在硅传感器中典型的压力范围在0–0.15 psi F.S.之间,常常能到上升到0–10,000 psi。公司对不同低压的定义为,基于其传感器的设计和它们的生产过程。响应小于5 psi的传感器一般要求不同的冲模拓扑和工艺技术。根据此问题的讨论,也就是将小于5 psi的压力定义为低压范围。
硅工艺的差异形成低压感测的硅微机械元件由同类工艺制造,以形成标准的压力量程元件,但存在关键的区别。标准量程的元件包括蚀刻在薄隔膜上的电阻桥(惠斯通方式)。当电压源激励的压力形成隔膜偏移时就会改变电阻值并且引起输出电压的变化。低压硅传感器工作与此类似,但也存在明显的特征,包括突起的隔膜结构和用于应力集中的约50%的隔膜面积。精确地蚀刻薄膜厚度和策略的放置电阻也能极大地扩大传感器的容量。另外,硅传感器采用传统的半导体批处理工艺也会出现其规模生产的成本优势。
低压硅传感器通常用于以下三个主要市场:
    扩散硅低压传感器是加热、通风和空调系统中不可缺少的部件。在其它应用中,它们可以监测通风和空气流量,确定气流的体积,检测由于弄脏的过滤器变化引起的负荷问题以及控制整个系统的压力。这些应用都要求产品在0.015 psi的压力变化中能检测出压力差别。 
 医药行业:如果没有小尺寸的传感器,许多医学应用都不可能检测环境变化和条件。所以设计必须满足如下要求:相对小的传感器(1–2 mm),能测量人体内的流体压力。这些装置一般为导尿管器件,它们可以插入头盖骨、心腔或子宫,以实时监测棘手的外科手术,这种情况绝对了产品为一次性的低价品。用于呼吸计的低压产品要求传感器量程在0.5 psi以下。这些作业以前由根据时间变化的机械压力开关执行。
 汽车行业:低费用和高可靠性是组成感测外部汽车条件的基本要素,包括喷射、汽油蒸汽和排气装置。新近的汽车都采用硅传感器监测轮胎、管线和刹车压力。硅半导体传感器的应用范围也可扩展到制造封装技术以保护汽车元件在恶劣环境条件下的使用。
应用要求和传感器类型
  由于每种应用都有其各自的特点,因此,你必须在选择过程中充分考虑整个系统的各方面影响。务必确定压力源的输入,希望的输出和各种相关的操作条件。安装位置和方向,与压力源的远近程度、导线应力、接口和压力连接、确定封装形式能承受的冲击性能和影响的精度范围。例如在医药应用中,感测压力的膜元件必须进行无封装安装。在受温度波动影响的测量过程中,必须有更高级的传感器用于补偿和校准偏移量,如此才能消除材料产生的温度系数。诸如湿度和污染等周围环境,也会对医学的防护应用产生影响。精度方面的权衡结果是通过微处理器控制某些特性并消除不希望的结果。系统组成(如电源、放大器、A/D转换器、控制电路)与传感器模拟输出信号的兼容性必须达到希望的解决方案和全部设计的精度。
每种压力传感器都有材料特性,其能根据施加的压力变化形成可度量的输出数据。当你在考虑通用检测器的技术数据时,务必要牢记自己的技术需求。
 硅微机械材料.这些产品由注入电阻的微机械硅隔膜组成,这种隔膜能在压力作用下产生压电变化。应用包括医学通风设备、身体内压检测、汽车通风、真空吸尘和蒸汽压力。
电子材料.这类产品包括应力计和可变电容传感器(非微机械硅制造的)。应力计采用偏转厚/薄膜、金属薄片或粘合金属薄片的耦合效应。可变电容元件结合电容的变化并将它转换为可测量的信号。应力计用于接触式和机械压力应用中。
真空计.真空传感器将加热导线作为平衡桥的一个腿,通过测量其阻值的变化来检测压力。它们主要用于检测真空泵腔室达到的真空值,诸如电子显微镜和其它工艺设备。
压电材料.这类传感器是由聚合体、晶体、陶瓷和薄膜制成,当它们被施加机械时会产生电极化。这类产品非常适合用于动态压力源而不适合用于大气压力那样的连续静态情况。它们能在恶劣环境下很好地工作。