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      傳感器技術

      半導體單晶硅材料在受到外力作用,產生肉眼根本察覺不到的極微小應變時,其原子結構內部的電子能級狀態發生變化,從而導致其電阻率劇烈的變化,由其材料制成的電阻也就出現極大變化,這種物理效應叫壓阻效應。利用壓阻效應原理,采用三維集成電路工藝技術及一些專用特殊工藝,單晶硅片上的特定晶向,制成應變電阻構成的惠斯頓檢查電橋,并同時利用硅的彈性力學特性,在同一硅片上進行特殊的機械加工,集應力敏感與力電轉換檢測于一體的這種力學傳感器,稱為固態壓阻傳感器。以氣、液體壓強為檢測對象的則稱為固態壓阻壓力傳感器。

      固態壓阻壓力傳感器主要特點:

      ?靈敏度高。硅應變電阻的靈敏因子比金屬應變片高50~100倍,故相應的傳感器靈敏度很高,一般滿量程輸出為100mV左右。因此對接口電路無特殊要求,應用成本相應較低。由于它是一種非機械結構型傳感器,因而分辨率極高,國外稱之無限,即主要受限于外界的檢測讀出儀表限制及噪聲干擾限制,一般均可達傳感器滿量程的十萬分之一以下。硅壓阻傳感器在零點附近的低量程段無死區,且線性優良。

      ?精度高。由于固態壓阻力傳感器的感受、敏感轉換和檢測三部分由同一元件實現,沒有中間轉換環節,所以不重復性和遲滯誤差極小。同時由于硅單晶體本身剛度很大,形變很小,保證了良好的線性,因此綜合靜態精度很高。

      ?由于芯體采用集成工藝,又無傳動部件,因此體積小,重量輕。小尺寸芯片加上硅極高的彈性模數,敏感元件的固有頻率很高。在動態應用時,動態精度高,使用頻帶寬,合理選擇設計傳感器外形,使用帶寬可以從零頻至100千赫茲。

      ?由于工作彈性形變低至微應變數量級,彈性薄膜最大位移在壓微米數量級,因而無磨損,無疲勞、無老化。壽命長達107壓力循環次以上。性能穩定,可靠性高。

      ?由于微電子技術的進步,四個應變電阻的一致性可以做得很高,加之激光修調技術、計算機自動補償技術的進步,目前硅壓阻傳感器的零位與靈敏度系數已可達10-5/℃數量級,即在壓力傳感器領域已超過溫度系數小的應變式傳感器的水平。

      ?由于硅的優良化學防腐性能,即使非隔離型的壓阻壓力傳感器,也有相當程度的適應各種介質的能力。與硅油的良好可兼容性,使得隔離式結構易于實現。加之其低電壓、低電流、的低功耗特點,它是本質安全防爆型產品,可廣泛用于各種化工工業檢測控制等領域,具有最優性能價格比。


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