小型共面接口压差传感器设计方案及原理简述[图].docx

小型共面接口压差传感器设计方案及原理简述图小型共面接口压差传感器设计方案及原理简述图网络转载导语：小型共面接口压差传感器是一种压力传感器，该传感器主要用于测量和控制两个油路压力差。该产品采用SOI硅晶圆材料制作硅压阻式压力敏感芯片小型共面接口是一种压力传感器，该传感器主要用于测量和控制两个油路压力差。该产品采用SOI硅晶圆材料制作硅压阻式压力敏感芯片，敏感元件的工作温度范围为-55300，通过双芯体构造将油路的压力差信号转换成电信号，再利用精细的信号处理电路，将微弱的电信号进展放大处理，实现标准的模拟信号输出。1引言小型共面接口压差以下简称压差传感器体积小、安装紧凑、精度高、可靠性高、环境适应性强，尤其是敏感元件可以适应-55300的工作环境，是测量和控制执行器的油路压力差的关键组件，通过扩展量程、修改构造，可以应用于其他的类似环境。2压差传感器工作原理压差传感器的工作原理选择扩散硅压阻工作机理。扩散硅压阻式简称硅压阻压力传感器是压阻式压力传感器中最成熟的技术，它利用扩散硅电阻率的压敏效应，构成惠斯登电桥的四个扩散硅电阻，如图1所示。传感器通过压力接口感受被测介质的压力信号，并将其传送给敏感芯片。芯片上的扩散硅电阻感受到压力作用后桥臂电阻发生相应的变化，在鼓励电源的作用下，传感器电阻的变化也就转变成了电信号的变化，设计专用的信号电路，将独立的两个压力信号差值转换成标准的电信号输出，其原理如图2所示。3敏感元件的选择本工程研制的压差传感器，要求敏感元件的工作温度范围为-55300，是一种耐高温的压力传感器。假如采用通常的单晶硅晶圆材料制作敏感芯片，压差传感器只能到达125的工作温度，因此必须选用适宜的耐高温的硅晶圆材料。SIMOX材料是一种先进的SOI材料，其制作的压力敏感芯片是采用体电阻构造，通过绝缘层实现电阻之间的电气隔离，而不是pn结隔离，防止了在高温环境下反向漏电的急剧增加，进而防止传感器在高温环境下失效。综上所述，确定本工程的硅晶圆材料采用SIMOX材料。4设计4.1电路设计压差传感器的信号输出为模拟电压输出，电路的设计采用精细差动放大器线性放大压力敏感信号，将传感器零点输出值和满量程输出值调制到标称值。原理框图如图3。硅压阻压力传感器信号调制电路的设计具有多重功能：为了改善温度特性，信号电路与敏感器件温度补偿网络匹配组合，起到传感器的热零点漂移和热灵敏度漂移补偿作用，传感器的补偿电路见图4；采用精细差动放大器线性放大压力敏感信号一般几十毫伏5V鼓励，将传感器零点输出值和满量程输出值调制到工程规定的标称值的“归一功能；因传感器的灵敏度和非线性的离散性，差压电路须分别先调制两个敏感器件的输出信号，再进展差分放大，保证差压传感器的特征指标，即对称性指标。压差传感器的电路设计原理如图5所示。4.2构造设计压差传感器的外形以工程要求为设计根据，同时考虑到环境的适应性，进展可靠性设计，十分是针对对称性和高过载才能的要求压差传感器极限过载要求应能承受±75MPa，3倍的额定压力，将压差传感器设计成双芯体、全固态、对称的构造，利用双敏感芯片分别测量正负压腔的压力，其中的芯体是指封装好敏感芯片的传感器件。双芯体的设计正是考虑了测量大压力的压差信号，经过严格的老练挑选和对称性选择后，进展匹配，再装配成敏感元件。压差传感器的内部构造见图6。4.3可靠性设计首先，压差传感器的敏感芯片采用SIMOX构造基片，增强了环境温度的适应性；构造采用全固态设计，增强了传感器的环境适应性和稳定性。其次，在电路中采用精细仪表放大器和热敏电阻网络技术，对传感器的线性、温度等参数进展调整。电路中各元器件尽量采用贴片封装，不使用可动电位器，电路板装配后再经过全温区的检测和应力挑选，并经过“三防处理，电路板安装固定采用灌封强化措施，具有抗振动、抗冲击和耐盐雾、防霉的性能。另外，在电路的设计中专门增加了EMC设计，传感器外壳封装实现无缝隙构造，安装孔间隙采用搭接方法处理，壳体内置屏蔽箔片，电缆线屏蔽网与壳体连接，电路接地点共点连接方法的综合使用，屏蔽对传感器的电磁干扰；在电连接间使用适当的滤波器件，降低电路的敏感度和滤除干扰。5结论该产品通过SOI压力敏感芯片的制作技术、耐高温敏感芯体的封装技术、低漂移调制技术和双芯体对称技术等关键技术，具有耐高宽温区、小型化、抗高过载、抗高冲击、低漂移、功能强和环境适应性强等特点，在采用SOI压力敏感芯片、高温复合电极的制作、耐高温压力敏感芯体的封装技术、低漂移的调制技术、小型化对称构造设计等方面有所打破。通过反复的试验证实，压差传感器在高温的条件下可连续工作1000h，传感器的线性指标可到达0.10FS，迟滞、重复性到达0.03FS，热零点漂移和热灵敏度漂移均到达0.008FS以上0