溅射薄膜式压力传感器、变送器原理介绍 | |
作者：admin 录入：admin 2008-08-18 08:28:18   | |
一、引言 自1993年我公司生产的溅射式压力敏感元件出现在国内市场以来。溅射式压力传感器、变送器得以迅速发展。在压力测控领域中，已成为中、高压力测量的主力军。目前，我公司使用溅射薄膜式压力敏感元件生产的各种中、大压力传感器变送器，已广泛应用于：石油井下高压、高温测量，柴油发动机共轨压力测量以及水利、电力、机械制造、冶金能源等领域。 二、基本原理 溅射式压力敏感元件是在10级超净间内，通过微电子工艺制造出来的。即在高真空度中，利用磁控技术，将绝缘材料、电阻材料以分子形式淀积在弹性不锈钢膜片上，形成分子键合的绝缘薄膜和电阻材料薄膜，并与弹性不锈钢膜片融合为一体。再经过光刻、调阻，温度补偿等工序，在弹性不锈钢膜片表面上形成牢固而稳定的惠斯顿电桥。此电桥便是仪表，传感器等测量器件中的基本环节。当被测介质压力作用于弹性不锈钢膜片时，位于另一面的惠斯顿电桥则产生正比于压力的电输出信号。将此信号经放大调节等处理。再配以适当的结构，就成为应用于各个领域中的压力传感器和压力变送器。 三、特点 目前市场上常见的压力传感器有扩散硅式、差压电容式、陶瓷压阻式、金属应变片粘贴式等多个品种。溅射薄膜式压力传感器是近几年来刚刚迈入市场的后起之秀。它的一大突出特点是受温度影响小。在温度变化100℃时，零点漂移仅为0.5%。其温度性能远远优于扩散硅式压力传感器。 由于溅射式以惠斯顿电桥与弹性不锈钢膜片间有很好的匹配并成为一体，而不存在任何胶粘剂。所以比粘贴式应变片传感器显示出高的长期稳定性与可靠性。 压力敏感元件材料为17-4PH弹性不锈钢，与其焊为一体的压力接头材料为316不锈钢或1Cr18Ni9Ti不锈钢，可直接与一般的腐蚀性介质接触。因此，可用于腐蚀性介质的压力测量与控制，有很宽的应用范围。 弹性不锈钢膜片是通过机械加工研磨等工艺制成的。在选定了敏感元件作用面积之后也就确定了它的压力量程范围。目前我公司为大批量生产的需要，只推出了膜片外径为φ7的一个品种。这样就限制了它在低、小压力量程中的应用。它的测压范围为0-0.7MPa至0-220MPa。所以，这种φ7的溅射式压力敏感元件，使用于中、大压力的测控工程中更为合适。 将压力敏感元件与压力接头焊装在一起是一道关键的工序。在英国的自动化生产线中，是采用大功率激光焊机焊接的，焊缝深度可达2.2mm。我公司是采用电子束焊接技术进行焊接的。在积累了多年的传感器焊接经验的基础上，我们依不同的量程和结构情况，选用不同的焊接工艺参数。确保不存在焊接应力。实践证明我们的焊接质量和焊后传感器稳定性，已完全满足了传感器技术参数的要求。产品通过各种工艺处理后，更提高了传感器的稳定性和可靠性。 我公司的溅射式压力传感器变送器，在结构设计上采取了有效措施，使产品具有更大的耐冲击的能力；我们自行设计的电子电路，使产品具有更宽的电压输入范围；采用散热结构设计，使产品具有更好的耐高温性能；在生产工艺中增加的特种处理工艺，使产品具有更好的长期稳定性。 四、性能指标 压力敏感元件与传感器： 量程(bar) 7 10 16 20 35 70 100 160 250 400 700 1000 1600 1800 2200 灵敏度mV/V 1.27 1.21 1.24 1.30 1.67 1.81 2.26 1.98 2.19 2.13 2.26 1.33 1.40 1.08 1.32 允许过载：200% 零点温度漂移：<0.005%FS/℃ 灵敏度温度漂移：<0.005%FS/℃ 长期稳定性：<0.1%FS/年 工作温度范围：-40-120℃ 桥臂电阻：3.2±0.2K 绝缘电阻：>500MΩ 频率响应：>50KHz 非线性度：0.35%-0.05%（压力越大线性度越好） 精度：±0.05%，±0.1%，±0.25%，±0.5% 激励电压：<20VDC 压力寿命：>1×107次。 变送器技术参数： 量程：7-2200bar 供电电压：12-36V 输出信号：4-20mA 允许过压：150%FS 精度：±0.25%，±0.5% 工作温度：-40-80℃ 稳定性：<0.1%FS/年 温度漂移：<0.01%FS℃ 防护等级：IP67 总之，我公司的溅射压力传感器变送器，采用先进合理的焊接技术和处理工艺。自行设计电子调节电路和可依据各种安装条件要求进行灵活的结构设计。使我公司的溅射式压力传感器变送器更适合于我国具体使用条件。使其具有更强的生命力。随着工业自动化测控技术的迅速发展，溅射式压力传感器变送器的应用会越来越广泛。 | |
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