扩散硅压力传感器、变送器技术应用与选型指南

• 一般介绍

硅单晶材料在受到外离作用产生极微小应变时（一般小于400微应变），其内部原子结构的电子能级状态会发生变化，从而导致其电阻率剧烈变化（G因子突变），用此材料制成的电阻也就出现极大变化，这种物理效应称为压阻效应。利用压阻效应原理，采用集成工艺技术经过掺杂、扩散，沿单晶硅片上的特定晶向，制成应变电阻，构成惠斯登电桥，利用硅材料的弹性力学特性，在同一硅材料上进行各向异性微加工，就制成了一个集力敏与力电转换检测于一体的扩散硅传感器。给传感器匹配一放大电路相关部件，使之输出一个标准信号，就组成了一台完整的变送器。

• 技术特点

• 灵敏度高

扩散硅敏电阻的灵敏因子比金属应变高50~80倍，它的满量程信号输出在80~100mv左右。对接口电路适配性好，应用成本相应较低。由于它输入激励电压低，输出信号大，且无机械动件损耗，因而分辨率*。

• 精度高

扩散硅压力传感器的感受、敏感转换和检测三位一体，无机械动件连接转换环节，所以不重复性和迟滞误差很小。由于硅材料的刚性好，形变小，因而传感器的线性也非常好，因此综合静态精度很高。

• 可靠性高

扩散硅敏感膜片的弹性形变量在微应变数量级、膜片zui大位移量在亚微米数量级，且无机械磨损，无疲劳，无老化。平均*时间长，性能稳定，可靠性高。

• 频响高

由于敏感膜片硅材料的本身固有频率高，一般在50KC。制造过程采用了集成工艺，膜片的有效面积可以很小，配以刚性结构前置安装特殊设计。使传感器频率响应高，使用带宽可达零频至100千赫兹。

• 温度性能好

随着集成工艺技术进步，扩散硅敏感膜的四个电阻一致性得到进一步提高，原始的手工补偿已被激光调阻、计算机自动休整技术所替代，传感器的零位和灵敏度温度系数已可达10-5/℃数量级，工作温度也大幅度提高。

• 抗电击穿性能好

由于采用了特殊材料和装配工艺，扩散硅传感器不但可以做到130℃正常使用，在强磁场、高电压击穿试验中可抗击1500V/AC电压的冲击。

• 耐腐蚀性好

由于扩散硅材料本身优良的化学防腐性能，即使传感器受压力面不隔离，也能在普通使用中适应各种介质。硅材料又与硅油有良好的兼容性，使它在采用防腐材料隔离时结构工艺更易于实现。加之它的低电压、低电流、低工耗、低成本和本质安全防爆的特点，可替代多同类型的同功能产品，具有*良的性能价格比。

• 选型提要

• 传感器、变送器的选择

用户根据自己所测压力的性质，首先应确定选择表压（相对于当地大气压）、差压、压力或负压品种。如果测量液位，还要确定液位上方是自由大气压还是密封容器压力。如果测量密封承压容器的液位就应该选用差压产品。

• 产品量程的确定

从产品安全考虑，一般选择使工作压力值在标准量程值的60%~80%为宜，整个测量系统中可能出现的异常情况所导致的过载压力不得超过产品允许的zui大过载。测量动态管路液体压力时，还应考虑水垂效应，适当增大产品过载量，亦可向厂家进行技术咨询。

• 产品精度选择

产品等级按多项参数分档，档级越高，价格越贵。用户可依据所检测工况要求各项和某单项参数精度指标，以便用较低的价格实现教高的精度要求。产品给出的三项精度指标是采用zui小二乘法或端基平移法计算的。选用传感器时，精度等级确定应根据测量系统分配给传感器的zui大误差选取。有时还应考虑零位时漂、零位和满度温度系数带入的附加误差。

• 选择产品的使用温度范围

产品在出厂前已经过线性温度补偿。其中有些系列的变送器在组装了电路后又进行了综合温度补偿。补偿范围在单项产品介绍中已标出。如用户有特殊要求，可与厂家协商。对于使用温度范围宽而又要求总精度高的用户，还可在二次仪表数据处理中采用长期在温度极限区工作，产品寿命将大大缩短。用户使用工况如长期在低温或超指标高温区工作，可与厂家协商特制。

• 差压传感器、变送器的选择

通用差压传感器、变送器通常使用在高压端压力高于低压端压力的正差压情况下，虽然扩散硅传感器都可同样用于负差压，一般两引压端基本对称，但负压端一般不另标定，如用户要求两引压端高对称性，需特别告之。低压端在系统中有可能出现的超负量程使用，此时需与厂家协商。

• 频响特性

扩散硅传感器固有频率相对于其它产品较高，除此之外更多的情况是传感器结构的引压腔结构参数影响和传感器结构基体刚体的尺寸影响，后者不可能不限长，故主要还是引压腔影响，用户订货时可与厂家协商解决。

• 传感器与被测介质的匹配

传感器、变送器接口和电子壳体由多种不同的结构材料生产。具有不同的介质兼容性，为了获得*的使用效果，不致因介质不匹配而使产品损坏，用户在选择订货时应明白介质的准确名称、浓度、温度。

• 产品安装使用注意事项

1、仔细阅读随货包装的产品说明书。正确按图连接电路。尤其注意变送器产品不得发生接线错误。

• 产品出厂说明书、装箱单、合格证要妥善保存，它是执行三包的依据。
• 螺纹连接的产品在安装和拆卸，避免损坏相关联结部件。引压孔端不得用尖硬物伸入，以免损坏敏感膜或隔离膜，严禁敲打、撞击、摔跌。
• 产品外形、接口螺纹均不得随意进行加工、修改、否则造成质量问题责任自负。

5、禁止超指标过载，超指标过载造成的敏感膜损坏不在三包范围。

应注意如下几种使用情况：

a、被压力系统瞬时出现较大过载压力。

b、压力检测时，加压设备如水泵量程过大，压力强，造成液位高速运动冲击敏感膜片，大动量冲击附加压造成过载。

c、用活塞压力计标定时，活塞故障卡死未发现，导致压力冲开时高过载冲击敏感膜。

6、由于恒流电源对扩散硅传感器的自补偿功能，原则上推荐采用恒流源供电，厂家也可以提供恒流传感一体化产品，如测量温度系数要求不高，条件不允许，也可使用恒压源。

7、扩散硅传感器零位输出不能直接采用单臂并联电阻法进行消除，可采用软件归零法、差动输入修整法、T型电阻网络修正等。

• 严禁用尖硬物、螺丝刀、手指直接按压膜片试压，这样zui容易造成不可修复性损坏，凡硅膜或隔离膜破损（直接按压或压力超标过载才能造成的结果）而造成的产品零位变大、失效、均不在三包范围内。