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小量程智能厚膜壓力變送器傳感器原理及特點

來源:彩神v1188 時間:2020-12-08
小量程壓力變送器是一種新開發的高性能價格比,抗腐蝕、堅固耐用的新型小量程壓力變送器品種,具有寬廣的應用前景。但該變送器在大批量生產和應用中仍存在著非線性大、溫度影響大以及過載能力差等不足。針對上述影響,近幾年為提高合格率和質量,并擴大應用范圍正在不斷地利用新材料、新工藝及新結構進行主體傳感器的改進及硬件補償電路的改進,但尚未取得根本性的突破。利用微處理器實現變送器的智能化功能已成為一種發展趨勢,利用單片機技術,不僅能解決許多壓力變送器自身及其制作工藝不能或不易解決的問題,而且還能通過微處理器和存儲器內的各種應用程序,完成多種智能化功能,提高產品的性能,擴大應用范圍,方便用戶檢測。所以實現小量程厚膜壓力變送器的智能化,可對變送器進行誤差校正、故障診斷,大大彌補了該類變送器的性能缺陷。
 
傳感器原理及特點
小量程厚膜壓力変送器采用厚膜力敏技術,以性能優良的厚膜應變電阻和陶瓷彈性體材料研制而成。陶瓷彈性體能直接接觸被測介質,并將所測壓力轉換成為應變值,而經印刷并燒結在
其上的厚膜應變電阻組成的電橋將該應變值轉換為電信號輸出,工藝如圖1所示。
(1)新型彈性膜片材料和結構的設計。
小量程厚膜壓力傳感器芯片由于外形尺寸偏大,其輸出特性受陶瓷彈性膜片質量影響較大,膜片的厚度、平整度及一致性與傳感器輸出靈敏度、線性和穩定性等參數直接相關。例如,膜片的不平整和翹曲變形嚴重影響了傳感器的線性度和穩定性,量程越小,這種影響越明顯。因此,設計和選用的彈性膜片要求應力小、厚度均勻、強度高、平整且成本低從而使傳感器芯片的輸出性能、過載能力、線性度及可靠性等得到保證,但由于目前材料和工藝水平所限,對于彈性膜片材料和結構的提高都還存在一定的制約。
(2)采用先進印刷、燒結工藝。對厚膜應變電阻和導體漿料采用自動印刷技術并對其進行膜的厚度及控制工藝研究,解決了印刷不均勻而導致的電阻阻值和電阻靈敏度GF不一致問題,使研制的厚膜應變電阻阻值和電阻溫度系數TCR的一致性和穩定性獲得提高,便于采用計算機軟件技術進行溫度補償對厚膜應變電阻進行批量生產技術研究,采用了先進的厚膜隧道爐進行大批量厚膜應變電阻燒結,尋找ZUI佳的燒結工藝和溫度曲線,通過燒結升溫、降溫速度、峰值溫度及燒結保溫時間等參數控制,解決了陶瓷基片與應變電阻熱膨脹系數不匹配等問題,提高了產品的性能。
(3)應變分析。通常設計傳感器的陶瓷彈性敏感元件承受應變1000pe左右,以保證正常的輸出性能和過載能力,而該類型的小量程壓力傳感器由于受膜片厚度的限制,使壓力量程不能做得太低。由于利用智能化的信號處理電路,可將較小微弱信號進行可靠穩定的處理,對應力進行降額設計,選擇陶瓷彈性體承受應變500p來設計壓力量程,不用再追求大應變下的高信號輸出,以保證變送器可靠且過載能力増強,解決了陶瓷厚膜壓力變送器過載能力低于其它類型壓力變送器的問題。
 
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