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高溫壓力傳感器設(shè)計(jì)的難點(diǎn)
2012-09-14
壓力傳感器是目前應(yīng)用最為廣泛的一種傳感器。傳統(tǒng)的壓力傳感器以機(jī)械結(jié)構(gòu)型的器件為主,利用壓電效應(yīng),把彈性體的形變轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)壓力的大小。隨著半導(dǎo)體技術(shù)和MEMS技術(shù)的發(fā)展,壓力傳感器性能得到大幅提高，不僅體積小、質(zhì)量輕、功耗小，而且精度、穩(wěn)定性、可靠性更高，這也大大擴(kuò)展了它的應(yīng)用市場(chǎng)。高溫壓力傳感器主要是為了解決高溫環(huán)境下各種氣體、液體壓力的測(cè)量，廣泛應(yīng)用于鍋爐、管道、高溫反應(yīng)容器內(nèi)的壓力、井下壓力和各種發(fā)動(dòng)機(jī)腔體內(nèi)的壓力、高溫油品液位與檢測(cè)、油井測(cè)壓等領(lǐng)域壓力的測(cè)量。在這些領(lǐng)域中，傳感器都處于高溫環(huán)境條件下工作，使得傳感器的放大電路工作很容易失效，這也是高溫壓力傳感器設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。最好的解決辦法就是將傳感器件與放大電路相分離，其中傳感器件由MEMS工藝來實(shí)現(xiàn),信號(hào)激勵(lì)與信號(hào)處理由計(jì)算機(jī)來完成。
現(xiàn)在,研究比較多的高溫壓力傳感器主要有SOS,SOI,SiO2,Poly2Si等半導(dǎo)體傳感器,還有濺射合金薄膜高溫壓力傳感器、高溫光纖壓力傳感器和高溫電容式壓力傳感器等。與傳統(tǒng)的壓阻式壓力傳感器相比，半導(dǎo)體電容式壓力傳感器具有靈敏度高、溫度穩(wěn)定性好、功耗小等優(yōu)點(diǎn),而且它只對(duì)壓力敏感,對(duì)應(yīng)力不敏感,所以,電容式壓力傳感器在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。下面介紹一下電容式高溫壓力傳感器制作工藝。
硅電容式壓力傳感器的感應(yīng)元件是半導(dǎo)體薄膜,它主要由單晶硅和多晶硅制作而成。典型的電容式傳感器結(jié)構(gòu)由上下電極、絕緣體和襯底所組成。當(dāng)薄膜受壓力作用時(shí),它會(huì)發(fā)生形變,這就導(dǎo)致上下電極之間的距離緊跟著發(fā)生變化,從而使電容發(fā)生變化。但電容的變化與上下電極之間的距離呈非線性關(guān)系。所以,要用補(bǔ)償電路對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。由于高溫條件對(duì)補(bǔ)償電路的影響很大，所以應(yīng)當(dāng)避免補(bǔ)償電路在高溫環(huán)境下工作，最好的解決辦法就是把傳感器件與放大電路分離,通過模型識(shí)別來得到所測(cè)環(huán)境的壓力。
隨著電子電路器件的發(fā)展，將來壓力傳感器抗高溫性能會(huì)變得更好，這需要廣大科技工作者共同努力。
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