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单晶硅压力变送器的工作原理

 压力变送器广泛应用于工业领域,作为当前流程工业智能变送器领域的革新产品,单晶硅压力变送器也被称为复合微硅固态传感器、智能变送器和高精度智能变送器等等,受到主流工业企业的青睐。

 下面我们了解下单晶硅压力变送器的工作原理,如图1所示,单晶硅压力变送器的敏感元件是将P型杂质扩散到N型硅片上,形成极薄的导电P型层,焊上引线即成“单晶硅应变片”,其电气性能是做成一个全动态的压阻效应惠斯登电桥。该压阻效应惠斯登电桥和弹性元件(即其N型硅基底)结合在一起。介质压力通过密封硅油传到硅膜片的正腔侧,与作用在负腔侧的介质形成压差,它们共同作用的结果使膜片的一侧压缩,另一侧拉伸,压差使电桥失衡,输出一个与压力变化对应的信号。惠斯登电桥的输出信号经电路处理后,即产生与压力变化成线性关系的4-20mA标准信号输出。

 对于表压传感器,其负腔侧通常通大气,以大气压作为参考压力;对于绝压传感器,其负腔侧通常为真空室,以绝对真空作为参考压力;对于差压传感器,其负腔侧的导压介质通常和正腔侧相同,如硅油、氟油、植物油等。 

单晶硅传感器结构图

 图1  单晶硅传感器结构图

膜片受压示意图

2  膜片受压示意图

 如图2所示,在正负腔室的压差作用下,引起测量硅膜片(即弹性元件)变形弯曲,当压差P小于测量硅膜片的需用应力比例极限σp时,弯曲可以完全复位;当压差P超过测量硅膜片的需用应力比例极限σp后,将达到材料的屈服阶段,甚至达到强化阶段,此时撤去压差后测量硅膜片无法恢复到原位,导致发生不可逆转的测量偏差;当压差P达到或超过测量硅膜片能承受的最高应力σb后,测量硅膜片破裂,直接导致传感器损坏。因此,通过阻止或削弱外界的过载压差P直接传递到测量硅膜片上,可以有效保护传感器的测量精度和寿命。


 

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