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压力传感器原理

压力传感器原理

众所周知,压力敏感元件是压力传感器(变送器)的关键功能元件。压力能以各种方法测量,但关键的基本压力传感器原理归结为两类:

1. 惠斯登电桥(压力传感器原理)

配置于弹性膜片上的电桥电阻,在压力作用下发生形变,有的

被拉伸,有的则被压缩。电阻尺寸的变化引起电阻值的变化。因此电桥产生差动输出信号,其值正比于施加的压力。

惠斯登电桥可由金属电阻或压阻材料构成,压阻电桥由于晶格掺杂效应以及机械变形,能提供较大输出信号。

金属电阻可采用多种技术将电桥固定于膜片之上。诸如粘接,硅/陶瓷融合,直接分子键合。

2. 电容式(压力传感器原理)

测量两片导电板的电容值,在压力作用下,导电板被迫挤合,使电容值随压力的变化而变化。

电容式压力传感元件采用MEMS技术由陶瓷构成,或将金属嵌入半导体层中。传感元件固定(融合)于金属/玻璃密封体或装入充油腔中。

所有的压阻和硅技术都存在因掺杂物质迁移和费米能级效应而引起漂移倾向。这些影响随着温度的升高而增大。

压力传感器原理 密封和充油隔离腔体由于热膨胀系数不同而引起不希望有的热稳定性问题。在工作温区内的温度非线性是一个大问题,工作温区的高端和低端因此受到限制。并且存在充油腔漏油的潜在可能,这也是不希望有的。

压力传感器原理 金属电阻的粘接或硅/陶瓷融合。无可避免的从原理上存在不稳定现象。英国Senstronics(胜思特)公司的压力敏感元件采用溅射工艺,在压力介质直接作用的17-4PH不锈钢膜片上,以分子键合的方式制作出微米级的电阻膜。再经过微电子工艺制作出需要的惠斯登电桥,组成全金属型敏感元件,无任何粘贴剂和活动件,无需密封腔和充油腔,因此具有适用恶劣环境和长期稳定性工作的特点。

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