压力传感器研究剖析汇报.ppt

压力传感器研究分析报告 一、压力传感器综合叙述 二、具体型号压力传感器介绍 三、压力传感器生产厂商介绍 四、MEMS技术压力传感器发展趋势 一、压力传感器综合叙述 1.1 压力传感器概念 1.2 几种基本类型压力传感器介绍 1.21 应变片式压力传感器 1.22 陶瓷式压力传感器 1.23 扩散硅式压力传感器 1.24 硅-蓝宝石式压力传感器 1.25 压电式压力传感器 1.1 压力传感器概念 压力传感器是按被测量量分类中物理量传感器下一族。它是一种能感受压力，并按照一定的规律将力信号转换成可用电信号或其他信号形式输出的器件或装置。其内部没有放大电路，满量程输出一般为毫伏级，带负载能力低，不能直接与计算机接口连接。 1.2几种基本类别压力传感器介绍 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，其中涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业 。它的种类繁多 ，型号繁杂。在此只对几种常用类型压力传感器（如应变片压力传感器、陶瓷压力传感器、扩散硅压力传感器、蓝宝石压力传感器、压电压力传感器等）进行原理介绍及其应用说明。 1.21 应变片式压力传感器 在了解应变片式压力传感器前，首先认识下电阻应变片。电阻应变片是一种将被测件上应变变化转换成电信号的一种敏感器件。它是应变片式压力传感器主要组成部分，可分为金属和半导体应变片两种。通常将应变片通过特殊粘和剂粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生阻值变化通常较小，一般这种都组成应变电桥，通过后续仪表放大器放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。电阻应变片结构示意如下图1。 其工作原理以金属丝应变电阻为例。当金属丝受外力作用时，其长度L和截面积S都会发生变化，从R=ρL/S式中可见，其电阻值发生改变。若金属丝受外力作用伸长，其长度增加，截面积减少，电阻值增大；当金属丝受外力作用压缩，长度减小而截面增加，电阻值减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可传输并转换获得所需数据和资料。 1.22 陶瓷式压力传感器 陶瓷式压力传感器抗腐蚀且无液体传递。压力直接作用在陶瓷膜片前表面，使膜片产生微小形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片背面，连接成一个惠斯通电桥(闭桥)，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力、激励电压成正比的高度线性的电压信号，标准的信号根据压力量程不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，其具有很高的温度、时间稳定性，自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。 作为此类压力传感器的主要组成材料，陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。其热稳定特性及它的厚膜电阻可使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性、低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在我国也越来越多的用户使用陶瓷压力传感器替代扩散硅压力传感器。 1.23 扩散硅式压力传感器 扩散硅压力传感器主要由硅的物理性质所决定，与陶瓷式压力传感器类似。但是由于物理特性的局限性，导致其运用范围与领域在逐渐减少，适合于低价格低测量要求下使用。其工作原理比较简单：被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），膜片由扩散硅吸附分布，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。其应用范围也很广泛。 1.24 硅-蓝宝石式压力传感器 蓝宝石由单晶体绝缘体元素组成，不会发生滞后、疲劳和蠕变现象；其比硅坚固，硬度高，不怕形变；有着非常好的弹性和绝缘特性（1000 OC以内），利用硅-蓝宝石组合搀杂制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性；其抗辐射特性极强；另外，硅-蓝宝石半导体敏感元件无p-n漂移。因此，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确保了高成品率。 用硅-蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器，可在最恶劣的工作条件下正常工作，并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高 印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片，被焊接