利用壓阻效應(yīng)原理,采用三維集成電路工藝技術(shù)及一些專用特殊工藝,在單晶硅片上的特定晶向,制成應(yīng)變電阻構(gòu)成的惠斯頓檢測(cè)電橋,并同時(shí)利用硅的彈性力學(xué)特性,在同一硅片上進(jìn)行特殊的機(jī)械加工,集應(yīng)力敏感與力電轉(zhuǎn)換檢測(cè)于一體的這種力學(xué)量傳感器,稱為固態(tài)壓阻傳感器。以氣、液體壓強(qiáng)為檢測(cè)對(duì)象的則稱為固態(tài)壓阻壓力傳感器。
目前,在以大規(guī)模集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)介入為特色的智能傳感器技術(shù)中,由于固態(tài)壓阻壓力傳感器能做成單片式多功能復(fù)合敏感元件來構(gòu)成智能傳感器的基礎(chǔ),因此,固態(tài)壓阻壓力傳感器仍最受矚目。 固態(tài)壓阻壓力傳感器主要特點(diǎn): 1、靈敏度高 硅應(yīng)變電阻的靈敏因子比金屬應(yīng)變片高50~100倍,故相應(yīng)的傳感器靈敏度很高,一般滿量程輸出為100mv左右。因此對(duì)接口電路無特殊要求,應(yīng)用成本相應(yīng)較低。由于它是一種非機(jī)械結(jié)構(gòu)傳感器,因而分辨率極高,國外稱之無限,即主要受限于外界的檢測(cè)讀出儀表限制及噪聲干擾限制,一般均可達(dá)傳感器滿量程的十萬分之一以下。硅壓阻傳感器在零點(diǎn)附近的低量程段無死區(qū),且線性優(yōu)良。 2、精度高 由于固態(tài)壓阻壓力傳感器的感受,敏感轉(zhuǎn)換和檢測(cè)三部分由同一個(gè)元件實(shí)現(xiàn),沒有中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),所以不重復(fù)性和遲滯誤差極小。同時(shí)由于硅單晶本身剛度很大,形變很小,保證了良好的線性,因此綜合靜態(tài)精度很高。 3、體積小、重量輕、動(dòng)態(tài)頻響高 由于芯體采用集成工藝,又無傳動(dòng)部件,因此體積小,重量輕。小尺寸芯片加上硅極高的彈性模數(shù),敏感元件的固有頻率很高。在動(dòng)態(tài)應(yīng)用時(shí),動(dòng)態(tài)精度高,使用頻帶寬,合理選擇設(shè)計(jì)壓力傳感器外型,使用帶寬可以從零頻至100千赫茲。 4、性能穩(wěn)定、可靠性高 由于工作彈性形變低至微應(yīng)變數(shù)量級(jí),彈性薄膜最大位移在亞微米數(shù)量級(jí),因而無磨損、無疲勞、無老化。壽命長(zhǎng)達(dá)107壓力循環(huán)次以上。 5、溫度系數(shù)小 由于微電子技術(shù)的進(jìn)步,四個(gè)應(yīng)變電阻的一致性可做的很高,加之激光修調(diào)技術(shù)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的進(jìn)步,目前硅壓阻壓力傳感器的零位與靈敏度溫度系數(shù)已可達(dá)10-5/℃數(shù)量級(jí),即在壓力傳感器領(lǐng)域已超過溫度系數(shù)小的應(yīng)變式壓力傳感器的水平。 6、適應(yīng)介質(zhì)廣 由于硅的優(yōu)良化學(xué)防腐性能,與硅油的良好可兼容性,使得隔離式結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn),即使非隔離型的壓阻壓力傳感器,也有相當(dāng)程度的適應(yīng)各種介質(zhì)的能力。 7、安全防爆 由于其低電壓、低電流的低功耗特點(diǎn),它是本質(zhì)安全防爆型產(chǎn)品,可廣泛用于各種化工工業(yè)檢測(cè)控制等領(lǐng)域,具有最優(yōu)性價(jià)比。
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