擴散硅壓力傳感器型低壓硅傳感器,可以對十分之一磅/in2的應力產生響應,目前已有這種產品的生產和應用。在非常小的變化范圍內,硅傳感器已能測量液位壓力的微弱變化或呼出物施加的壓力。這些裝置采用了壓力感測的新型技術,可以取代很多應用的機械壓力裝置。但你如何能在應用中進行最好的選擇呢?判斷的好方法就是測試硅傳感器和傳統傳感器間的差別,市場優勢和你所用的硅傳感器的技術規格。
什么能正確的組成低壓傳感器系統?一般來說,在硅傳感器中典型的壓力范圍在0–0.15 psi F.S.之間,常常能到上升到0–10,000 psi。公司對不同低壓的定義為,基于其傳感器的設計和它們的生產過程。響應小于5 psi的傳感器一般要求不同的沖模拓撲和工藝技術。根據此問題的討論,也就是將小于5 psi的壓力定義為低壓范圍。
硅工藝的差異形成低壓感測的硅微機械元件由同類工藝制造,以形成標準的壓力量程元件,但存在關鍵的區別。標準量程的元件包括蝕刻在薄隔膜上的電阻橋(惠斯通方式)。當電壓源激勵的壓力形成隔膜偏移時就會改變電阻值并且引起輸出電壓的變化。低壓硅傳感器工作與此類似,但也存在明顯的特征,包括突起的隔膜結構和用于應力集中的約50%的隔膜面積。精確地蝕刻薄膜厚度和策略的放置電阻也能極大地擴大傳感器的容量。另外,硅傳感器采用傳統的半導體批處理工藝也會出現其規模生產的成本優勢。
低壓硅傳感器通常用于以下三個主要市場:
擴散硅低壓傳感器是加熱、通風和空調系統中不可缺少的部件。在其它應用中,它們可以監測通風和空氣流量,確定氣流的體積,檢測由于弄臟的過濾器變化引起的負荷問題以及控制整個系統的壓力。這些應用都要求產品在0.015 psi的壓力變化中能檢測出壓力差別。
醫藥.如果沒有小尺寸的傳感器,許多醫學應用都不可能檢測環境變化和條件。所以設計必須滿足如下要求:相對小的傳感器(1–2 mm),能測量人體內的流體壓力。這些裝置一般為導尿管器件,它們可以插入頭蓋骨、心腔或子宮,以實時監測棘手的外科手術,這種情況絕對了產品為一次性的低價品。用于呼吸計的低壓產品要求傳感器量程在0.5 psi以下。這些作業以前由根據時間變化的機械壓力開關執行。
汽車.低費用和高可靠性是組成感測外部汽車條件的基本要素,包括噴射、汽油蒸汽和排氣裝置。新近的汽車都采用硅傳感器監測輪胎、管線和剎車壓力。硅半導體傳感器的應用范圍也可擴展到制造封裝技術以保護汽車元件在惡劣環境條件下的使用。
應用要求和傳感器類型
由于每種應用都有其各自的特點,因此,你必須在選擇過程中充分考慮整個系統的各方面影響。務必確定壓力源的輸入,希望的輸出和各種相關的操作條件。安裝位置和方向,與壓力源的遠近程度、導線應力、接口和壓力連接、確定封裝形式能承受的沖擊性能和影響的精度范圍。例如在醫藥應用中,感測壓力的膜元件必須進行無封裝安裝。在受溫度波動影響的測量過程中,必須有更高級的傳感器用于補償和校準偏移量,如此才能消除材料產生的溫度系數。諸如濕度和污染等周圍環境,也會對醫學的防護應用產生影響。精度方面的權衡結果是通過微處理器控制某些特性并消除不希望的結果。系統組成(如電源、放大器、A/D轉換器、控制電路)與傳感器模擬輸出信號的兼容性必須達到希望的解決方案和全部設計的精度。
每種壓力傳感器都有材料特性,其能根據施加的壓力變化形成可度量的輸出數據。當你在考慮通用檢測器的技術數據時,務必要牢記自己的技術需求。
硅微機械材料.這些產品由注入電阻的微機械硅隔膜組成,這種隔膜能在壓力作用下產生壓電變化。應用包括醫學通風設備、身體內壓檢測、汽車通風、真空吸塵和蒸汽壓力。
電子材料.這類產品包括應力計和可變電容傳感器(非微機械硅制造的)。應力計采用偏轉厚/薄膜、金屬薄片或粘合金屬薄片的耦合效應。可變電容元件結合電容的變化并將它轉換為可測量的信號。應力計用于接觸式和機械壓力應用中。
真空計.真空傳感器將加熱導線作為平衡橋的一個腿,通過測量其阻值的變化來檢測壓力。它們主要用于檢測真空泵腔室達到的真空值,諸如電子顯微鏡和其它工藝設備。
壓電材料.這類傳感器是由聚合體、晶體、陶瓷和薄膜制成,當它們被施加機械時會產生電極化。這類產品非常適合用于動態壓力源而不適合用于大氣壓力那樣的連續靜態情況。它們能在惡劣環境下很好地工作。
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