擴(kuò)散硅壓力變送器的工作原理及使用

         作為四種傳感器芯體的其中之一的擴(kuò)散硅芯體已經(jīng)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用到壓力傳感器生產(chǎn)運(yùn)用中，所以有必要了解其工作原理及使用中該注意的一些事項(xiàng)，下面作個(gè)簡(jiǎn)單說(shuō)明：

一、 一般介紹：
          硅單晶材料在受到外力作用產(chǎn)生極微小應(yīng)變時(shí)（一般步于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(chēng)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(guò)摻雜、擴(kuò)散，沿單晶硅片上的特點(diǎn)晶向，制成應(yīng)變電阻，構(gòu)成惠斯凳電橋，利用硅材料的彈性力學(xué)特性，在同一切硅材料上進(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(cè)于一體的擴(kuò)散硅傳感器。給傳感器匹配一放大電路及相關(guān)部件，使之輸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，就組成了一臺(tái)完整的壓力變送器。
二、 技術(shù)特點(diǎn)：
1、 靈敏度高
       擴(kuò)散硅敏感電阻的靈敏因子比金屬應(yīng)變片高50~80倍，它的滿(mǎn)量程信號(hào)輸出在80-100mv左右。對(duì)接囗電路適配性好，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(wú)機(jī)械動(dòng)件損耗，因而分辯率*。
3、 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大位移量在來(lái)微米數(shù)量級(jí)，且無(wú)機(jī)械磨損，無(wú)疲勞，無(wú)老化。平均*時(shí)間長(zhǎng)，性能穩(wěn)定，可靠性高。

2、 精度高
       擴(kuò)散硅壓力傳感器的感受、敏感轉(zhuǎn)換和檢測(cè)三位一體，無(wú)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萊塢，形變小，因而傳感器的線性也非常好。因此綜合表態(tài)精度很高。
4、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(guò)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)很高，使用帶寬可達(dá)零頻至100千赫茲。
6、 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(chǎng)、高電壓擊穿試驗(yàn)中可抗擊1500V/AC電壓的沖擊壓力變送器。

5、 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)已達(dá)10-5
/℃數(shù)量級(jí)，工作溫度也大幅度提高。
7、 耐腐蝕性好
        由于擴(kuò)散硅材料本身優(yōu)良的化學(xué)防腐性能好，即使傳感器受壓面不隔離，出能在普通使
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、低功耗、低成本和本質(zhì)安全防爆的特點(diǎn)，可替代諸多同類(lèi)型的同功能產(chǎn)品，具有*良的性能價(jià)格比。
三、 選項(xiàng)型提要
1、 傳感器、變送器的選擇
       用戶(hù)根據(jù)自己所測(cè)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?、差壓、壓力或?fù)壓品種。如果測(cè)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(cè)量密封承壓容器內(nèi)的液位就應(yīng)該選用差壓產(chǎn)品。
2、 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(cè)
量系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的異常情況所導(dǎo)致的過(guò)載壓力不得超過(guò)產(chǎn)品允許的zui大過(guò)載。測(cè)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)品載量，亦可向我所進(jìn)行技術(shù)咨詢(xún)。
3、 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(hù)可依據(jù)所檢測(cè)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)較高的精度要求。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(cè)量系統(tǒng)分配發(fā)給傳感器的zui大誤差選項(xiàng)取。有時(shí)還應(yīng)考慮零位時(shí)漂、零位和滿(mǎn)度溫度系數(shù)帶入的附加誤差。
5、 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(chēng)，但負(fù)壓端一般不另標(biāo)定，如用戶(hù)要求兩引壓端高對(duì)稱(chēng)性，需特別告知。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)需與我公司協(xié)商。
6、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(zhǎng)，故主要還是引壓腔影響，用戶(hù)定貨時(shí)可與我公司協(xié)商解決。
7、與被測(cè)介質(zhì)的匹配
        傳感器、變送器接囗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(hù)在選型定貨時(shí)應(yīng)明白介質(zhì)的準(zhǔn)確名稱(chēng)、濃度、溫度。
4、 選擇產(chǎn)品的使用溫度范圍
        產(chǎn)品在出廠前已經(jīng)過(guò)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(hù)有特殊要求，可與我公司協(xié)商。對(duì)于使用溫度范圍寬而又要求總精度高的用戶(hù)，還可在二次儀表數(shù)據(jù)處理中采用軟件執(zhí)行溫度誤差修正。超過(guò)補(bǔ)償區(qū)使用，溫度系數(shù)指標(biāo)可能會(huì)超標(biāo)，但仍可使用。長(zhǎng)期在溫度極限區(qū)工作，產(chǎn)品壽命將大大縮短。用戶(hù)使用工況如長(zhǎng)期在低溫或超指標(biāo)高溫區(qū)工作?？膳c我公司協(xié)商特制。

        如以上各條仍不能滿(mǎn)足用戶(hù)的特殊要求。我公司愿意與用戶(hù)共同探討，配合用戶(hù)解決使用要求。
四、 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(shuō)明書(shū)。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。
2、 螺紋連接的產(chǎn)品在安裝和拆卸時(shí)，必須用扳手緊六方*作，安裝時(shí)不能擰的過(guò)緊，
嚴(yán)禁夾持其它部位安裝、拆卸，避免損壞相關(guān)聯(lián)結(jié)部件。引壓孔端不得有尖硬物伸入，以免損毀敏感膜或隔離膜，嚴(yán)禁敲打、撞擊、摔跌。
3、 產(chǎn)品出廠說(shuō)明書(shū)、裝箱單、合格證要妥善保存，它是執(zhí)行三包的依據(jù)。

4、 產(chǎn)品外形、接囗螺紋均不得隨意進(jìn)行加工、 修改、否則造成質(zhì)量問(wèn)題責(zé)任自負(fù)。
5、 禁止超指標(biāo)過(guò)載，超指標(biāo)過(guò)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(guò)載壓力。
b、 壓力檢測(cè)時(shí)，加壓設(shè)備如水泵揚(yáng)程過(guò)大，壓力強(qiáng)，造成液位高速運(yùn)動(dòng)沖擊敏感
膜膜片，大動(dòng)量沖擊附加壓造成過(guò)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(kāi)時(shí)高過(guò)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，我公司也可以提供恒流傳感一體化產(chǎn)品，如測(cè)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。
8、嚴(yán)禁用尖硬物、螺絲刀、手指直接按壓臘片試壓，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(guò)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)。