XPM4壓力傳感器的特點(diǎn)及應(yīng)用

大家好，我是【廣州工控傳感★科技】XPM4傳感器事業(yè)部，張工。

XPM4傳感器全鈦結(jié)構(gòu)和齊平膜，可保護(hù)傳感器免受大多數(shù)腐蝕環(huán)境的損害。可實(shí)質(zhì)性消除安裝扭矩造成的零點(diǎn)漂移。XPM4傳感元件采用經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償，由具有微機(jī)械加工硅應(yīng)變片組成的惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，尤其在低量程和高頻情況下可優(yōu)化。

XPM4-20BS-/Z02傳感器利用單晶硅材料的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制成的傳感器。 單晶硅材料受力后，電阻率發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量電路可以得到與力變化成正比的電信號(hào)輸出。 壓阻式傳感器用于測(cè)量和控制壓力、張力、壓差和其他可轉(zhuǎn)換為力變化的物理量（如液位、加速度、重量、應(yīng)變、流量、真空）。

XPM6傳感器是利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)，在半導(dǎo)體材料基板上通過(guò)擴(kuò)散電阻制成的器件。 其基板可直接用作測(cè)量傳感元件，擴(kuò)散電阻在基板中以橋的形式連接。 當(dāng)基板受到外力變形時(shí)，各個(gè)電阻值都會(huì)發(fā)生變化，電橋會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。 用作壓阻式傳感器的基板（或隔膜）材料主要是硅片和鍺片。 由硅片制成的硅壓阻傳感器是越來(lái)越敏感的材料。 人們?cè)絹?lái)越重視，尤其是測(cè)量壓力。 用于速度和速度的固態(tài)壓阻傳感器是最常見(jiàn)的。

XPM4-20BG-/Z35/L5M傳感器應(yīng)用，XPM4傳感器廣泛應(yīng)用于航天、航空、航海、石油化工、動(dòng)力機(jī)械、生物醫(yī)學(xué)工程、氣象、地質(zhì)、地震測(cè)量等領(lǐng)域。 壓力是航天航空工業(yè)中的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)靜、動(dòng)壓力、局部壓力和整個(gè)壓力場(chǎng)的測(cè)量都要求高精度。 壓阻式傳感器非常適合此目的。 例如，用于測(cè)量直升機(jī)機(jī)翼的氣流壓力分布，測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口的動(dòng)態(tài)變形、葉柵的脈動(dòng)壓力和機(jī)翼的抖動(dòng)等。 飛機(jī)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力，采用特殊設(shè)計(jì)的硅壓力傳感器，工作溫度達(dá)到500℃以上。 波音客機(jī)的大氣數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)中使用了精度高達(dá) 0.05% 的配套硅壓力傳感器。 在縮小尺寸的風(fēng)洞模型試驗(yàn)中，壓阻式傳感器可以密集安裝在風(fēng)洞入口和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道模型中。

XPM4-20BG-/Z02 傳感器的直徑僅為 2.36 毫米，固有頻率高達(dá) 300 kHz，非線性和滯后為滿量程的 ±0.22%。 在生物醫(yī)學(xué)中，壓阻式傳感器也是理想的檢測(cè)工具。 已經(jīng)制造出一種針型壓阻式壓力傳感器，其擴(kuò)散硅膜薄至 10 微米，外徑僅為 0.5 毫米，能夠測(cè)量心血管、顱內(nèi)、尿道、子宮和眼內(nèi)壓力的傳感器。 圖 3 是用于測(cè)量腦壓的傳感器的框圖。 壓阻式傳感器還有效地用于爆炸壓力和沖擊波的測(cè)量、真空測(cè)量、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的監(jiān)測(cè)和控制，以及測(cè)量槍膛壓力和發(fā)射沖擊波等武器的測(cè)量。 此外，XPM6傳感器還用于油井壓力測(cè)量、隨鉆測(cè)向定位、地下密封電纜故障點(diǎn)檢測(cè)以及流量和液位測(cè)量。

XPM4-100BS傳感器的典型特征是什么？ ①靈敏度系數(shù)是金屬應(yīng)變式壓力傳感器的50-100倍。有時(shí)，無(wú)需放大器即可直接測(cè)量壓阻式傳感器的輸出。 ②由于采用集成電路工藝加工而成，體積小，重量輕。 ③壓力分辨率高，可檢測(cè)小至血壓的微壓。 ④頻率響應(yīng)好，可測(cè)量幾十千赫的脈動(dòng)壓力。 ⑤由于傳感器的力敏元件和檢測(cè)元件制作在同一硅片。 ⑥由于采用半導(dǎo)體材料硅制成，傳感器對(duì)溫度更敏感。 如果不使用溫度補(bǔ)償，其溫度誤差會(huì)很大。

為什么 XPM4-10BA-/Z06 傳感器會(huì)產(chǎn)生溫度誤差？ 如何補(bǔ)償？

EXPM4-10BG-C20006傳感器有兩種：一種是利用半導(dǎo)體材料的體電阻制作粘貼應(yīng)變片，形成半導(dǎo)體應(yīng)變片傳感器； 另一種是在半導(dǎo)體材料的襯底上使用集成電路技術(shù)。 擴(kuò)散電阻構(gòu)成敏感元件，稱為擴(kuò)散壓阻式傳感器。 XPM4-10BG-/L3M傳感器受溫度影響較大，會(huì)引起零漂和靈敏度漂移，從而產(chǎn)生溫度誤差。 在壓阻式傳感器中，擴(kuò)散電阻的溫度系數(shù)較大，電阻值隨溫度變化，導(dǎo)致傳感器零漂。 傳感器靈敏度的溫度漂移是由壓阻系數(shù)隨溫度的變化引起的。 當(dāng)溫度升高時(shí)，壓阻系數(shù)變小，傳感器的靈敏度降低，反之，靈敏度增加。 零溫漂一般可以通過(guò)串并聯(lián)電阻的方法來(lái)補(bǔ)償。 通過(guò)在電橋的功率回路中串聯(lián)二極管來(lái)補(bǔ)償靈敏度溫度漂移。 此外，壓阻式傳感器還可以連接四個(gè)擴(kuò)散電阻組成全橋。 為減少溫度的影響，可采用恒流源供電。 可以看出，電橋的輸出與電阻變化成正比，即與測(cè)量值成正比，與電源電流成正比。 輸出電壓與恒流源電流的大小和精度有關(guān)，但與溫度無(wú)關(guān)，所以恒流源具有良好的溫度補(bǔ)償。