擴(kuò)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(shí)（一般小于400微應(yīng)變），其內(nèi)部原子結(jié)構(gòu)的電子能級(jí)狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)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(kuò)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(xué)特性，在同一硅材料上進(jìn)行各向異性微加工，就制成了一個(gè)集力敏與力電轉(zhuǎn)換檢測于一體的擴(kuò)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，就組成了一臺(tái)完整的變送器。

• 技術(shù)特點(diǎn)

• 靈敏度高

擴(kuò)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(hào)輸出在80~100mv左右。對(duì)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(lì)電壓低，輸出信號(hào)大，且無機(jī)械動(dòng)件損耗，因而分辨率*。

• 精度高

擴(kuò)散硅壓力傳感器的感受、敏感轉(zhuǎn)換和檢測三位一體，無機(jī)械動(dòng)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(kuò)散硅敏感膜片的彈性形變量在微應(yīng)變數(shù)量級(jí)、膜片zui大位移量在亞微米數(shù)量級(jí)，且無機(jī)械磨損，無疲勞，無老化。平均*時(shí)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(jì)。使傳感器頻率響應(yīng)高，使用帶寬可達(dá)零頻至100千赫茲。

• 溫度性能好

隨著集成工藝技術(shù)進(jìn)步，擴(kuò)散硅敏感膜的四個(gè)電阻一致性得到進(jìn)一步提高，原始的手工補(bǔ)償已被激光調(diào)阻、計(jì)算機(jī)自動(dòng)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(dá)10-5/℃數(shù)量級(jí)，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(kuò)散硅傳感器不但可以做到130℃正常使用，在強(qiáng)磁場、高電壓擊穿試驗(yàn)中可抗擊1500V/AC電壓的沖擊。

• 耐腐蝕性好

由于擴(kuò)散硅材料本身優(yōu)良的化學(xué)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(shí)結(jié)構(gòu)工藝更易于實(shí)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(diǎn)，可替代多同類型的同功能產(chǎn)品，具有*良的性能價(jià)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(duì)于當(dāng)?shù)卮髿鈮海⒉顗?、壓力或?fù)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(biāo)準(zhǔn)量程值的60%~80%為宜，整個(gè)測量系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的異常情況所導(dǎo)致的過載壓力不得超過產(chǎn)品允許的zui大過載。測量動(dòng)態(tài)管路液體壓力時(shí)，還應(yīng)考慮水垂效應(yīng)，適當(dāng)增大產(chǎn)品過載量，亦可向廠家進(jìn)行技術(shù)咨詢。

• 產(chǎn)品精度選擇

產(chǎn)品等級(jí)按多項(xiàng)參數(shù)分檔，檔級(jí)越高，價(jià)格越貴。用戶可依據(jù)所檢測工況要求各項(xiàng)和某單項(xiàng)參數(shù)精度指標(biāo)，以便用較低的價(jià)格實(shí)現(xiàn)教高的精度要求。產(chǎn)品給出的三項(xiàng)精度指標(biāo)是采用zui小二乘法或端基平移法計(jì)算的。選用傳感器時(shí)，精度等級(jí)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(shí)還應(yīng)考慮零位時(shí)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(bǔ)償。其中有些系列的變送器在組裝了電路后又進(jìn)行了綜合溫度補(bǔ)償。補(bǔ)償范圍在單項(xiàng)產(chǎn)品介紹中已標(biāo)出。如用戶有特殊要求，可與廠家協(xié)商。對(duì)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(biāo)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(kuò)散硅傳感器都可同樣用于負(fù)差壓，一般兩引壓端基本對(duì)稱，但負(fù)壓端一般不另標(biāo)定，如用戶要求兩引壓端高對(duì)稱性，需特別告之。低壓端在系統(tǒng)中有可能出現(xiàn)的超負(fù)量程使用，此時(shí)需與廠家協(xié)商。

• 頻響特性

擴(kuò)散硅傳感器固有頻率相對(duì)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(shí)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(shí)應(yīng)明白介質(zhì)的準(zhǔn)確名稱、濃度、溫度。

• 產(chǎn)品安裝使用注意事項(xiàng)

1、仔細(xì)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(cuò)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(yán)禁敲打、撞擊、摔跌。
• 產(chǎn)品外形、接口螺紋均不得隨意進(jìn)行加工、修改、否則造成質(zhì)量問題責(zé)任自負(fù)。

5、禁止超指標(biāo)過載，超指標(biāo)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(shí)出現(xiàn)較大過載壓力。

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

c、用活塞壓力計(jì)標(biāo)定時(shí)，活塞故障卡死未發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致壓力沖開時(shí)高過載沖擊敏感膜。

6、由于恒流電源對(duì)擴(kuò)散硅傳感器的自補(bǔ)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(kuò)散硅傳感器零位輸出不能直接采用單臂并聯(lián)電阻法進(jìn)行消除，可采用軟件歸零法、差動(dòng)輸入修整法、T型電阻網(wǎng)絡(luò)修正等。

• 嚴(yán)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(biāo)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)。