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單晶硅壓力變送器工作原理

點擊次數:6901    更新時間:2018-01-02

廣州東儀自動化科技有限公司生產的壓力、液位、流量計等廣泛應用于工業領域,作為當前工業智能變送器領域的革新產品,單晶硅壓力變送器也被稱為復合微硅固態傳感器、智能變送器和高精度智能變送器等等,受到主流工業企業的青睞。

 廣州東儀自動化科技有限公司是研發與生產壓力、液位、流量計等變送器廠商。下面我們簡單介紹一下單晶硅壓力變送器的工作原理,如圖1所示,單晶硅壓力變送器的敏感元件是將P型雜質擴散到N型硅片上,形成極薄的導電P型層,焊上引線即成“單晶硅應變片”,其電氣性能是做成一個全動態的壓阻效應惠斯登電橋。該壓阻效應惠斯登電橋和彈性元件(即其N型硅基底)結合在一起。介質壓力通過密封硅油傳到硅膜片的正腔側,與作用在負腔側的介質形成壓差,它們共同作用的結果使膜片的一側壓縮,另一側拉伸,壓差使電橋失衡,輸出一個與壓力變化對應的信號。惠斯登電橋的輸出信號經電路處理后,即產生與壓力變化成線性關系的4-20mA標準信號輸出。

 對于表壓傳感器,其負腔側通常通大氣,以大氣壓作為參考壓力;對于絕壓傳感器,其負腔側通常為真空室,以真空作為參考壓力;對于差壓傳感器,其負腔側的導壓介質通常和正腔側相同,如硅油、氟油、植物油等。 

單晶硅傳感器結構圖

 圖1  單晶硅傳感器結構圖

膜片受壓示意圖

2  膜片受壓示意圖

 如圖2所示,在正負腔室的壓差作用下,引起測量硅膜片(即彈性元件)變形彎曲,當壓差P小于測量硅膜片的需用應力比例極限σp時,彎曲可以*復位;當壓差P超過測量硅膜片的需用應力比例極限σp后,將達到材料的屈服階段,甚至達到強化階段,此時撤去壓差后測量硅膜片無法恢復到原位,導致發生不可逆轉的測量偏差;當壓差P達到或超過測量硅膜片能承受的zui高應力σb后,測量硅膜片破裂,直接導致傳感器損壞。因此,通過阻止或削弱外界的過載壓差P直接傳遞到測量硅膜片上,可以有效保護傳感器的測量精度和壽命。

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