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硅压阻式原理是如何测压的?

时间:2021-04-22 浏览:

硅压阻扩散硅压力传感器采用高精度半导体电阻应变片组成的惠斯通电桥作为力电转换的测量电路,具有测量精度高、功耗低、成本极低的特点。

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查尔斯·惠斯通生于1802年2月6日,是英国物理学家。他首次使用惠斯通电桥精确测量电阻,这在实验室中得到广泛应用然后到了今天,惠斯通已经被广发应用在多个类型的压力变送器中,也成就了压阻式压力变送器今时今日在传感器领域的地位。

四个电阻R1、R2、R3、R4连成四边形,称为电桥的四个臂。四边形的一个对角线连有检流计,称为“桥”;四边形的另一对角线接上电源,称为电桥的“电源对角线”。E为线路中供电电源,需要用到直流稳压电源,电压可在0-30V之间调节。

一般的扩散硅压力芯体都是刻蚀在扩散硅压力变送器周围固定的圆形应力杯的硅薄膜内壁上四块精制半导体应变片,从而形成惠斯通测量桥,通过这个惠斯通电桥的转化,直接将压力所带来的电阻值变化转换成对应关系的压值它的测量精度最高可达±0.075%FS,一般常规的扩散硅压力芯体也有±0.2%FS到±0.5%FS的精度,完全足以应付当下工业生产中对压力测量精度的要求。

硅压阻扩散硅压力传感器的上下层为玻璃体,中间层为硅片。硅片中部做成如同茶杯一样的结构,一般业内称之为硅杯,应力硅膜上部是一个空腔,这里的压力环境决定了压力变送器所测量的压力类型是怎样的例如一般的表压压力变送器,在生产制作时会将这个空腔与压力变送器外部环境连通,这时空腔的压力其实就是外部真实环境的大气压。又例如绝对压力变送器,当我们希望压力值是以一个标准大气压力值为参考压力值时,这个空腔就会被制作成密封腔,人为地灌注一个标准大气压值。

在应力硅膜与真空腔接触的一侧通过光刻形成电阻应变计桥电路。当外界压力通过压力腔进入传感器的硅杯时,应力硅膜在外力作用下会略微凸起,产生弹性变形。结果,四个电阻应变计的电阻将发生变化,破坏惠斯通电桥原有电路的平衡,电桥将输出与压力成比例的电压信号。

扩散硅压力传感器的压力直接作用在传感器的膜片(不锈钢或陶瓷)上,使膜片产生与介质压力成比例的微位移,改变传感器的电阻值。电子电路用于检测压力的变化,转换输出与压力相对应的标准测量信号。