高溫壓力傳感器設計的難點
2012-09-14
壓力傳感器是目前應用最為廣泛的一種傳感器。傳統(tǒng)的壓力傳感器以機械結構型的器件為主,利用壓電效應,把彈性體的形變轉換成對應壓力的大小。隨著半導體技術和MEMS技術的發(fā)展,壓力傳感器性能得到大幅提高，不僅體積小、質量輕、功耗小，而且精度、穩(wěn)定性、可靠性更高，這也大大擴展了它的應用市場。高溫壓力傳感器主要是為了解決高溫環(huán)境下各種氣體、液體壓力的測量，廣泛應用于鍋爐、管道、高溫反應容器內的壓力、井下壓力和各種發(fā)動機腔體內的壓力、高溫油品液位與檢測、油井測壓等領域壓力的測量。在這些領域中，傳感器都處于高溫環(huán)境條件下工作，使得傳感器的放大電路工作很容易失效，這也是高溫壓力傳感器設計的難點。最好的解決辦法就是將傳感器件與放大電路相分離，其中傳感器件由MEMS工藝來實現(xiàn),信號激勵與信號處理由計算機來完成。
現(xiàn)在,研究比較多的高溫壓力傳感器主要有SOS,SOI,SiO2,Poly2Si等半導體傳感器,還有濺射合金薄膜高溫壓力傳感器、高溫光纖壓力傳感器和高溫電容式壓力傳感器等。與傳統(tǒng)的壓阻式壓力傳感器相比，半導體電容式壓力傳感器具有靈敏度高、溫度穩(wěn)定性好、功耗小等優(yōu)點,而且它只對壓力敏感,對應力不敏感,所以,電容式壓力傳感器在許多領域得到廣泛應用。下面介紹一下電容式高溫壓力傳感器制作工藝。
硅電容式壓力傳感器的感應元件是半導體薄膜,它主要由單晶硅和多晶硅制作而成。典型的電容式傳感器結構由上下電極、絕緣體和襯底所組成。當薄膜受壓力作用時,它會發(fā)生形變,這就導致上下電極之間的距離緊跟著發(fā)生變化,從而使電容發(fā)生變化。但電容的變化與上下電極之間的距離呈非線性關系。所以,要用補償電路對其進行補償。由于高溫條件對補償電路的影響很大，所以應當避免補償電路在高溫環(huán)境下工作，最好的解決辦法就是把傳感器件與放大電路分離,通過模型識別來得到所測環(huán)境的壓力。
隨著電子電路器件的發(fā)展，將來壓力傳感器抗高溫性能會變得更好，這需要廣大科技工作者共同努力。
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