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        小量程智能厚膜壓力變送器傳感器原理及特點

        時間:2021-02-03
        微型程壓式變送器是一種新型高性能價格比,耐腐蝕,堅固耐用,用途廣泛的微型程壓式變送器。但是,這種變送器在大規模生產和應用中,還存在非線性大,對溫度影響大,過載能力差等缺點。鑒于以上影響,近年來為了提高合格率和質量,擴大應用范圍,不斷采用新材料、新工藝、新結構改進主體傳感器和硬件補償電路,但尚未有根本的突破。采用微處理器來實現變送器的智能化已成為一種發展趨勢,利用單片機技術,不僅可以解決許多壓力變送器本身及其生產工藝無法解決或不易解決的問題,而且可以通過微處理器和存儲器中的各種應用來完成各種智能功能,提高產品的性能,擴大其應用范圍,方便用戶進行檢測。因此實現小量程厚膜壓力變送器的智能化,可以對其進行誤差校正,故障診斷,大大彌補了這類變送器的性能缺陷。
        感應器的原理和特性。
        采用厚膜力敏技術,研制出小量程厚膜壓力式感應器,并采用性能優良的厚膜應變電阻和陶瓷彈性體材料。陶器彈力體與被測介質直接接觸,并將測量的壓力轉化為應變值,然后經打印和燒結。
        由厚膜應變電阻構成的電橋將應變轉換成電信號,加工過程如圖1所示。
        (1)新型彈性隔膜材料及結構設計。
        小型程厚膜壓力傳感器芯片因外形尺寸偏大,其輸出特性與陶瓷彈性膜片的質量有關,膜片的厚度、平整度、一致性與傳感器的輸出靈敏度、線性和穩定性等參數有直接關系。如膜片不平整、翹曲變形等,會嚴重影響傳感器的線性和穩定性,測量范圍越小,這種影響越明顯。設計和選擇的彈性膜片要求應力小,厚度均勻,強度高,平坦,成本低,從而保證了傳感器芯片的輸出性能,過載能力,線性度和可靠性,但由于目前材料和工藝水平的限制,彈性膜片在材料和結構上仍有一定的改進空間。
        二是采用先進的印刷和燒結工藝。采用自動印刷技術對厚膜應變電阻和導體漿料進行自動印刷,研究了膜的厚度及其控制工藝,解決了由于印刷不均勻而引起的電阻阻值和電阻靈敏度GF不一致的問題,提高了研制的厚膜應變電阻和電阻溫度系數TCR的一致性和穩定性,方便了用計算機軟件控制成批厚膜應變電阻的溫度補償,解決了厚膜應變電阻的成批生產技術的難題,采用先進的厚膜應變電阻隧道爐進行大批量燒結,尋找了理想的ZUI燒結工藝和溫度曲線,通過控制燒結升溫、冷卻速度、峰值溫度和燒結保溫時間等參數,解決了厚膜應變電阻的成批生產技術的難題,提高了產品的性能。
        三是應變分析法。陶瓷彈性敏感元件通常設計為承受應變約1000pe,以確保正常的輸出性能和過載能力,而這種類型的小量程壓力傳感器由于膜片厚度的限制,不能太低地完成壓力范圍。通過采用智能信號處理電路,可以可靠、穩定地處理較小的微弱信號,降低應力,選擇陶瓷彈性體受力500p來設計壓力量程,無需再追求大應變下的高信號輸出,從而保證了變送器可靠、超負荷能力強,解決了陶瓷厚膜壓力變送器的過載能力比其他類型壓力變送器低的問題。

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