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 技 術 支 持
擴散矽壓力感測器、變送器技術應用與選型指南 |
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◆ 一、產品簡介： |
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矽單晶材料在受到外離作用產生極微小應變時（一般小於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因數突變），用此材料製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，採用集成工藝技術經過摻雜、擴散，沿單晶矽片上的特定晶向，製成應變電阻，構成惠斯登電橋，利用矽材料的彈性力學特性，在同一矽材料上進行各向異性微加工，就製成了一個集力敏與力電轉換檢測於一體的擴散矽感測器。給感測器匹配一放大電路相關部件，使之輸出一個標準信號，就組成了一台完整的變送器。 |
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◆ 二、技術特點： |
1、 靈敏度高
擴散矽敏電阻的靈敏因數比金屬應變高50~80倍，它的滿量程信號輸出在80~100mv左右。對介面電路適配性好，應用成本相應較低。由於它輸入激勵電壓低，輸出信號大，且無機械動件損耗，因而解析度極高。
2、 精度高
擴散矽壓力感測器的感受、敏感轉換和檢測三位一體，無機械動件連接轉換環節，所以不重複性和遲滯誤差很小。由於矽材料的剛性好，形變小，因而感測器的線性也非常好，因此綜合靜態精度很高。
3、 可靠性高
擴散矽敏感膜片的彈性形變量在微應變數量級、膜片最大位移量在亞微米數量級，且無機械磨損，無疲勞，無老化。平均無故障時間長，性能穩定，可靠性高。
4、 頻響高
由於敏感膜片矽材料的本身固有頻率高，一般在50KC。製造過程採用了集成工藝，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。使感測器頻率回應高，使用帶寬可達零頻至100千赫茲。
5、 溫度性能好
隨著集成工藝技術進步，擴散矽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鐳射調阻、電腦自動休整技術所替代，感測器的零位元和靈敏度溫度係數已可達10-5/℃數量級，工作溫度也大幅度提高。
6、 抗電擊穿性能好
由於採用了特殊材料和裝配工藝，擴散矽感測器不但可以做到130℃正常使用，在強磁場、高電壓擊穿試驗中可抗擊1500V/AC電壓的衝擊。
7、 耐腐蝕性好
由於擴散矽材料本身優良的化學防腐性能，即使感測器受壓力面不隔離，也能在普通使用中適應各種介質。矽材料又與矽油有良好的相容性，使它在採用防腐材料隔離時結構工藝更易於實現。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，具有最優良的性能價格比。 |
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◆ 三、選型提要： |
1、 感測器、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（相對於當地大氣壓）、差壓、絕對壓力或負壓品種。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。
2、 產品量程的確定
從產品絕對安全考慮，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超載壓力不得超過產品允許的最大超載。測量動態管路液體壓力時，還應考慮水垂效應，適當增大產品超載量，亦可向廠家進行技術諮詢。
3、 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採用國際最小二乘法或端基平移法計算的。選用感測器時，精度等級確定應根據測量系統分配給感測器的最大誤差選取。有時還應考慮零位時漂、零位元和滿度溫度係數帶入的附加誤差。
4、 選擇產品的使用溫度範圍
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後又進行了綜合溫度補償。補償範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。對於使用溫度範圍寬而又要求總精度高的用戶，還可在二次儀錶資料處理中採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，可與廠家協商特製。
5、 差壓感測器、變送器的選擇
通用差壓感測器、變送器通常使用在高壓端壓力高於低壓端壓力的正差壓情況下，雖然擴散矽感測器都可同樣用於負差壓，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。
6、 頻響特性
擴散矽感測器固有頻率相對於其他產品較高，除此之外更多的情況是感測器結構的引壓腔結構參數影響和感測器結構基體剛體的尺寸影響，後者不可能不限長，故主要還是引壓腔影響，用戶訂貨時可與廠家協商解決。
7、 感測器與被測介質的匹配
感測器、變送器介面和電子殼體由多種不同的結構材料生產。具有不同的介質相容性，為了獲得最優的使用效果，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。 |
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◆ 四、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。
2、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。
3、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。
4、產品外形、介面螺紋均不得隨意進行加工、修改、否則造成品質問題責任自負。
5、禁止超指標超載，超指標超載造成的敏感膜損壞不在三包範圍。 |
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