擴散硅壓力傳感器、變送器技術(shù)應(yīng)用與選型指南

• 一般介紹

硅單晶材料在受到外離作用產(chǎn)生極微小應(yīng)變時（一般小于400微應(yīng)變），其內(nèi)部原子結(jié)構(gòu)的電子能級狀態(tài)會發(fā)生變化，從而導致其電阻率劇烈變化（G因子突變），用此材料制成的電阻也就出現(xiàn)極大變化，這種物理效應(yīng)稱為壓阻效應(yīng)。利用壓阻效應(yīng)原理，采用集成工藝技術(shù)經(jīng)過摻雜、擴散，沿單晶硅片上的特定晶向，制成應(yīng)變電阻，構(gòu)成惠斯登電橋，利用硅材料的彈性力學特性，在同一硅材料上進行各向異性微加工，就制成了一個集力敏與力電轉(zhuǎn)換檢測于一體的擴散硅傳感器。給傳感器匹配一放大電路相關(guān)部件，使之輸出一個標準信號，就組成了一臺完整的變送器。

• 技術(shù)特點

• 靈敏度高

擴散硅敏電阻的靈敏因子比金屬應(yīng)變高50~80倍，它的滿量程信號輸出在80~100mv左右。對接口電路適配性好，應(yīng)用成本相應(yīng)較低。由于它輸入激勵電壓低，輸出信號大，且無機械動件損耗，因而分辨率*。

• 精度高

擴散硅壓力傳感器的感受、敏感轉(zhuǎn)換和檢測三位一體，無機械動件連接轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，所以不重復(fù)性和遲滯誤差很小。由于硅材料的剛性好，形變小，因而傳感器的線性也非常好，因此綜合靜態(tài)精度很高。

• 可靠性高

擴散硅敏感膜片的彈性形變量在微應(yīng)變數(shù)量級、膜片zui大位移量在亞微米數(shù)量級，且無機械磨損，無疲勞，無老化。平均*時間長，性能穩(wěn)定，可靠性高。

• 頻響高

由于敏感膜片硅材料的本身固有頻率高，一般在50KC。制造過程采用了集成工藝，膜片的有效面積可以很小，配以剛性結(jié)構(gòu)前置安裝特殊設(shè)計。使傳感器頻率響應(yīng)高，使用帶寬可達零頻至100千赫茲。

• 溫度性能好

隨著集成工藝技術(shù)進步，擴散硅敏感膜的四個電阻一致性得到進一步提高，原始的手工補償已被激光調(diào)阻、計算機自動休整技術(shù)所替代，傳感器的零位和靈敏度溫度系數(shù)已可達10-5/℃數(shù)量級，工作溫度也大幅度提高。

• 抗電擊穿性能好

由于采用了特殊材料和裝配工藝，擴散硅傳感器不但可以做到130℃正常使用，在強磁場、高電壓擊穿試驗中可抗擊1500V/AC電壓的沖擊。

• 耐腐蝕性好

由于擴散硅材料本身優(yōu)良的化學防腐性能，即使傳感器受壓力面不隔離，也能在普通使用中適應(yīng)各種介質(zhì)。硅材料又與硅油有良好的兼容性，使它在采用防腐材料隔離時結(jié)構(gòu)工藝更易于實現(xiàn)。加之它的低電壓、低電流、低工耗、低成本和本質(zhì)安全防爆的特點，可替代多同類型的同功能產(chǎn)品，具有*良的性能價格比。

• 選型提要

• 傳感器、變送器的選擇

用戶根據(jù)自己所測壓力的性質(zhì)，首先應(yīng)確定選擇表壓（相對于當?shù)卮髿鈮海⒉顗?、壓力或負壓品種。如果測量液位，還要確定液位上方是自由大氣壓還是密封容器壓力。如果測量密封承壓容器的液位就應(yīng)該選用差壓產(chǎn)品。

• 產(chǎn)品量程的確定

從產(chǎn)品安全考慮，一般選擇使工作壓力值在標準量程值的60%~80%為宜，整個測量系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的異常情況所導致的過載壓力不得超過產(chǎn)品允許的zui大過載。測量動態(tài)管路液體壓力時，還應(yīng)考慮水垂效應(yīng)，適當增大產(chǎn)品過載量，亦可向廠家進行技術(shù)咨詢。

• 產(chǎn)品精度選擇

產(chǎn)品等級按多項參數(shù)分檔，檔級越高，價格越貴。用戶可依據(jù)所檢測工況要求各項和某單項參數(shù)精度指標，以便用較低的價格實現(xiàn)教高的精度要求。產(chǎn)品給出的三項精度指標是采用zui小二乘法或端基平移法計算的。選用傳感器時，精度等級確定應(yīng)根據(jù)測量系統(tǒng)分配給傳感器的zui大誤差選取。有時還應(yīng)考慮零位時漂、零位和滿度溫度系數(shù)帶入的附加誤差。

• 選擇產(chǎn)品的使用溫度范圍

產(chǎn)品在出廠前已經(jīng)過線性溫度補償。其中有些系列的變送器在組裝了電路后又進行了綜合溫度補償。補償范圍在單項產(chǎn)品介紹中已標出。如用戶有特殊要求，可與廠家協(xié)商。對于使用溫度范圍寬而又要求總精度高的用戶，還可在二次儀表數(shù)據(jù)處理中采用長期在溫度極限區(qū)工作，產(chǎn)品壽命將大大縮短。用戶使用工況如長期在低溫或超指標高溫區(qū)工作，可與廠家協(xié)商特制。

• 差壓傳感器、變送器的選擇

通用差壓傳感器、變送器通常使用在高壓端壓力高于低壓端壓力的正差壓情況下，雖然擴散硅傳感器都可同樣用于負差壓，一般兩引壓端基本對稱，但負壓端一般不另標定，如用戶要求兩引壓端高對稱性，需特別告之。低壓端在系統(tǒng)中有可能出現(xiàn)的超負量程使用，此時需與廠家協(xié)商。

• 頻響特性

擴散硅傳感器固有頻率相對于其它產(chǎn)品較高，除此之外更多的情況是傳感器結(jié)構(gòu)的引壓腔結(jié)構(gòu)參數(shù)影響和傳感器結(jié)構(gòu)基體剛體的尺寸影響，后者不可能不限長，故主要還是引壓腔影響，用戶訂貨時可與廠家協(xié)商解決。

• 傳感器與被測介質(zhì)的匹配

傳感器、變送器接口和電子殼體由多種不同的結(jié)構(gòu)材料生產(chǎn)。具有不同的介質(zhì)兼容性，為了獲得*的使用效果，不致因介質(zhì)不匹配而使產(chǎn)品損壞，用戶在選擇訂貨時應(yīng)明白介質(zhì)的準確名稱、濃度、溫度。

• 產(chǎn)品安裝使用注意事項

1、仔細閱讀隨貨包裝的產(chǎn)品說明書。正確按圖連接電路。尤其注意變送器產(chǎn)品不得發(fā)生接線錯誤。

• 產(chǎn)品出廠說明書、裝箱單、合格證要妥善保存，它是執(zhí)行三包的依據(jù)。
• 螺紋連接的產(chǎn)品在安裝和拆卸，避免損壞相關(guān)聯(lián)結(jié)部件。引壓孔端不得用尖硬物伸入，以免損壞敏感膜或隔離膜，嚴禁敲打、撞擊、摔跌。
• 產(chǎn)品外形、接口螺紋均不得隨意進行加工、修改、否則造成質(zhì)量問題責任自負。

5、禁止超指標過載，超指標過載造成的敏感膜損壞不在三包范圍。

應(yīng)注意如下幾種使用情況：

a、被壓力系統(tǒng)瞬時出現(xiàn)較大過載壓力。

b、壓力檢測時，加壓設(shè)備如水泵量程過大，壓力強，造成液位高速運動沖擊敏感膜片，大動量沖擊附加壓造成過載。

c、用活塞壓力計標定時，活塞故障卡死未發(fā)現(xiàn)，導致壓力沖開時高過載沖擊敏感膜。

6、由于恒流電源對擴散硅傳感器的自補償功能，原則上推薦采用恒流源供電，廠家也可以提供恒流傳感一體化產(chǎn)品，如測量溫度系數(shù)要求不高，條件不允許，也可使用恒壓源。

7、擴散硅傳感器零位輸出不能直接采用單臂并聯(lián)電阻法進行消除，可采用軟件歸零法、差動輸入修整法、T型電阻網(wǎng)絡(luò)修正等。

• 嚴禁用尖硬物、螺絲刀、手指直接按壓膜片試壓，這樣zui容易造成不可修復(fù)性損壞，凡硅膜或隔離膜破損（直接按壓或壓力超標過載才能造成的結(jié)果）而造成的產(chǎn)品零位變大、失效、均不在三包范圍內(nèi)。