擴散硅壓力傳感器、變送器技術應用與選型指南

擴散硅壓力傳感器、變送器技術應用與選型指南

• 一般介紹

硅單晶材料在受到外離作用產生極微小應變時（一般小于400微應變），其內部原子結構的電子能級狀態會發生變化，從而導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極大變化，這種物理效應稱為壓阻效應。利用壓阻效應原理，采用集成工藝技術經過摻雜、擴散，沿單晶硅片上的特定晶向，制成應變電阻，構成惠斯登電橋，利用硅材料的彈性力學特性，在同一硅材料上進行各向異性微加工，就制成了一個集力敏與力電轉換檢測于一體的擴散硅傳感器。給傳感器匹配一放大電路相關部件，使之輸出一個標準信號，就組成了一臺完整的變送器。

• 技術特點

• 靈敏度高

擴散硅敏電阻的靈敏因子比金屬應變高50~80倍，它的滿量程信號輸出在80~100mv左右。對接口電路適配性好，應用成本相應較低。由于它輸入激勵電壓低，輸出信號大，且無機械動件損耗，因而分辨率*。

• 精度高

擴散硅壓力傳感器的感受、敏感轉換和檢測三位一體，無機械動件連接轉換環節，所以不重復性和遲滯誤差很小。由于硅材料的剛性好，形變小，因而傳感器的線性也非常好，因此綜合靜態精度很高。

• 可靠性高

擴散硅敏感膜片的彈性形變量在微應變數量級、膜片zui大位移量在亞微米數量級，且無機械磨損，無疲勞，無老化。平均*時間長，性能穩定，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，配以剛性結構前置安裝特殊設計。使傳感器頻率響應高，使用帶寬可達零頻至100千赫茲。

• 溫度性能好

隨著集成工藝技術進步，擴散硅敏感膜的四個電阻一致性得到進一步提高，原始的手工補償已被激光調阻、計算機自動休整技術所替代，傳感器的零位和靈敏度溫度系數已可達10-5/℃數量級，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，擴散硅傳感器不但可以做到130℃正常使用，在強磁場、高電壓擊穿試驗中可抗擊1500V/AC電壓的沖擊。

• 耐腐蝕性好

由于擴散硅材料本身優良的化學防腐性能，即使傳感器受壓力面不隔離，也能在普通使用中適應各種介質。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結構工藝更易于實現。加之它的低電壓、低電流、低工耗、低成本和本質安全防爆的特點，可替代多同類型的同功能產品，具有*良的性能價格比。

• 選型提要

• 傳感器、變送器的選擇

用戶根據自己所測壓力的性質，首先應確定選擇表壓（相對于當地大氣壓）、差壓、壓力或負壓品種。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該選用差壓產品。

• 產品量程的確定

從產品安全考慮，一般選擇使工作壓力值在標準量程值的60%~80%為宜，整個測量系統中可能出現的異常情況所導致的過載壓力不得超過產品允許的zui大過載。測量動態管路液體壓力時，還應考慮水垂效應，適當增大產品過載量，亦可向廠家進行技術咨詢。

• 產品精度選擇

產品等級按多項參數分檔，檔級越高，價格越貴。用戶可依據所檢測工況要求各項和某單項參數精度指標，以便用較低的價格實現教高的精度要求。產品給出的三項精度指標是采用zui小二乘法或端基平移法計算的。選用傳感器時，精度等級確定應根據測量系統分配給傳感器的zui大誤差選取。有時還應考慮零位時漂、零位和滿度溫度系數帶入的附加誤差。

• 選擇產品的使用溫度范圍

產品在出廠前已經過線性溫度補償。其中有些系列的變送器在組裝了電路后又進行了綜合溫度補償。補償范圍在單項產品介紹中已標出。如用戶有特殊要求，可與廠家協商。對于使用溫度范圍寬而又要求總精度高的用戶，還可在二次儀表數據處理中采用長期在溫度極限區工作，產品壽命將大大縮短。用戶使用工況如長期在低溫或超指標高溫區工作，可與廠家協商特制。

• 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，雖然擴散硅傳感器都可同樣用于負差壓，一般兩引壓端基本對稱，但負壓端一般不另標定，如用戶要求兩引壓端高對稱性，需特別告之。低壓端在系統中有可能出現的超負量程使用，此時需與廠家協商。

• 頻響特性

擴散硅傳感器固有頻率相對于其它產品較高，除此之外更多的情況是傳感器結構的引壓腔結構參數影響和傳感器結構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，用戶訂貨時可與廠家協商解決。

• 傳感器與被測介質的匹配

傳感器、變送器接口和電子殼體由多種不同的結構材料生產。具有不同的介質兼容性，為了獲得*的使用效果，不致因介質不匹配而使產品損壞，用戶在選擇訂貨時應明白介質的準確名稱、濃度、溫度。

• 產品安裝使用注意事項

1、仔細閱讀隨貨包裝的產品說明書。正確按圖連接電路。尤其注意變送器產品不得發生接線錯誤。

• 產品出廠說明書、裝箱單、合格證要妥善保存，它是執行三包的依據。
• 螺紋連接的產品在安裝和拆卸，避免損壞相關聯結部件。引壓孔端不得用尖硬物伸入，以免損壞敏感膜或隔離膜，嚴禁敲打、撞擊、摔跌。
• 產品外形、接口螺紋均不得隨意進行加工、修改、否則造成質量問題責任自負。

5、禁止超指標過載，超指標過載造成的敏感膜損壞不在三包范圍。

應注意如下幾種使用情況：

a、被壓力系統瞬時出現較大過載壓力。

b、壓力檢測時，加壓設備如水泵量程過大，壓力強，造成液位高速運動沖擊敏感膜片，大動量沖擊附加壓造成過載。

c、用活塞壓力計標定時，活塞故障卡死未發現，導致壓力沖開時高過載沖擊敏感膜。

6、由于恒流電源對擴散硅傳感器的自補償功能，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品，如測量溫度系數要求不高，條件不允許，也可使用恒壓源。

7、擴散硅傳感器零位輸出不能直接采用單臂并聯電阻法進行消除，可采用軟件歸零法、差動輸入修整法、T型電阻網絡修正等。

• 嚴禁用尖硬物、螺絲刀、手指直接按壓膜片試壓，這樣zui容易造成不可修復性損壞，凡硅膜或隔離膜破損（直接按壓或壓力超標過載才能造成的結果）而造成的產品零位變大、失效、均不在三包范圍內。