- 低壓硅傳感器如何選型
- 來源：賽斯維傳感器網 發表于 2015/8/5
什么能正確的組成低壓傳感器系統？一般來說，在硅傳感器中典型的壓力范圍在0–0.15psiF.S.之間，常常能到上升到0–10,000psi。廠商對不同低壓的定義為，基于其傳感器的設計和它們的生產過程。響應小于5psi的傳感器一般要求不同的沖模拓撲和工藝技術。根據此問題的討論，也就是將小于5psi的壓力定義為低壓范圍。硅工藝的差異形成低壓感測的硅微機械元件由同類工藝制造，以形成標準的壓力量程元件，但存在關鍵的區別。標準量程的元件包括蝕刻在薄隔膜上的電阻橋（惠斯通方式）。當電壓源激勵的壓力形成隔膜偏移時就會改變電阻值并且引起輸出電壓的變化。低壓硅傳感器工作與此類似，但也存在明顯的特征，包括突起的隔膜結構和用于應力集中的約50%的隔膜面積。精確地蝕刻薄膜厚度和策略的放置電阻也能極大地擴大傳感器的容量。另外，硅傳感器采用傳統的半導體批處理工藝也會出現其規模生產的成本優勢。
低壓硅傳感器，可以對十分之一磅/in2的應力產生響應，目前已有這種產品的生產和應用。
在非常小的變化范圍內，硅傳感器已能測量液位壓力的微弱變化或呼出物施加的壓力。這些裝置采用了壓力感測的新型技術，可以取代很多應用的機械壓力裝置。
但你如何能在應用中進行最好的選擇呢？判斷的好方法就是測試硅傳感器和傳統傳感器間的差別，市場優勢和你所用的硅傳感器的技術規格。
低壓硅傳感器通常用于以下三個主要市場：
1. HVAC.低壓傳感器是加熱、通風和空調系統中不可缺少的部件。在其它應用中，它們可以監測通風和空氣流量，確定氣流的體積，檢測由于弄臟的過濾器變化引起的負荷問題以及控制整個系統的壓力。這些應用都要求產品在0.015psi的壓力變化中能檢測出壓力差別。
2. 醫藥，如果沒有小尺寸的傳感器，許多醫學應用都不可能檢測環境變化和條件。所以設計必須滿足如下要求：相對小的傳感器（1–2mm）,能測量人體內的流體壓力。這些裝置一般為導尿管器件，它們可以插入頭蓋骨。心腔或子宮，以實時監測棘手的外科手術，這種情況絕對了產品為一次性的低價品。用于呼吸計的低壓產品要求傳感器量程在0.5psi以下。這些作業以前由根據時間變化的機械壓力開關執行。
3. 汽車，低費用和高可靠性是組成感測外部汽車條件的基本要素，包括噴射。汽油蒸汽和排氣裝置。新近的汽車都采用硅傳感器監測輪胎。管線和剎車壓力。硅半導體傳感器的應用范圍也可擴展到制造封裝技術以保護汽車元件在惡劣環境條件下的使用。
應用要求和傳感器類型由于每種應用都有其各自的特點，因此，你必須在選擇過程中充分考慮整個系統的各方面影響。務必確定壓力源的輸入，希望的輸出和各種相關的操作條件。安裝位置和方向，與壓力源的遠近程度。導線應力。接口和壓力連接。確定封裝形式能承受的沖擊性能和影響的精度范圍。例如在醫藥應用中，感測壓力的膜元件必須進行無封裝安裝。在受溫度波動影響的測量過程中，必須有更高級的傳感器用于補償和校準偏移量，如此才能消除材料產生的溫度系數。諸如濕度和污染等周圍環境，也會對醫學的防護應用產生影響。
精度方面的權衡結果是通過微處理器控制某些特性并消除不希望的結果。系統組成（如電源。放大器。A/D轉換器。控制電路）與傳感器模擬輸出信號的兼容性必須達到希望的解決方案和全部設計的精度。
每種壓力傳感器都有材料特性，其能根據施加的壓力變化形成可度量的輸出數據。當你在考慮通用檢測器的技術數據時，務必要牢記自己的技術需求。硅微機械材料。這些產品由注入電阻的微機械硅隔膜組成，這種隔膜能在壓力作用下產生壓電變化。應用包括醫學通風設備、身體內壓檢測、汽車通風、真空吸塵、蒸汽壓力。
電子材料：這類產品包括應力計和可變電容傳感器（非微機械硅制造的）。應力計采用偏轉厚/薄膜。金屬薄片或粘合金屬薄片的耦合效應。可變電容元件結合電容的變化并將它轉換為可測量的信號。應力計用于接觸式和機械壓力應用中。
真空計：真空傳感器將加熱導線作為平衡橋的一個腿，通過測量其阻值的變化來檢測壓力。它們主要用于檢測真空泵腔室達到的真空值，諸如電子顯微鏡和其它工藝設備。
壓電材料：這類傳感器是由聚合體。
晶體：陶瓷和薄膜制成，當它們被施加機械時會產生電極化。這類產品非常適合用于動態壓力源而不適合用于大氣壓力那樣的連續靜態情況。它們能在惡劣環境下很好地工作。
可變磁阻材料：可變磁阻傳感器在兩個金屬膜的偏轉感測隔膜間結合一個感應的半橋配置。感應/阻抗的變化結果能產生一個變化的AC信號。典型的應用包括低壓HVAC。了解使用規范一旦你確定了設計要求，就可以按優先秩序決定最重要的選擇標準并判斷何種技術最適合你的應用。你如何確定何種標準是最重要的呢？系統規范通常要求某一方面的參數必須保證，主要就是壓力操作范圍，其一般定位最高優先權。而對于用于體積的低壓微機械裝置，你可以在價格的前提下考慮更寬的響應范圍。
隨著壓力范圍和靈敏度的確認，一般按級別排列的標準順序為物理尺寸、造價、精度、溫度性能、可靠性、長期穩定性和媒介兼容性。實際證明精度和溫度性能常常是最復雜的處理因素。每個生產商都會將他們的精度規范描述的不錯，但是這些參數必須被轉換為可比較的單位以增加它們的可比性（千萬不要被這些誤導的規范所迷惑！）。為了幫助大家對性能規范的了解，以下列出了對精度定義的最通用解釋，以及對每項內容最值得關注的變化。第一組假設參考溫度在25°C。零點/偏移量。在課本上激勵的輸出電壓值通常認為是在25°C條件時施加的零電壓。一般表示為0±mV。由于相對變化的原因，在施加更高的電壓或電流時將產生更多的偏移。
零點壓力的滯后性：當傳感器用于一個或多個滿量程壓力的循環測量時，會出現零點的重復測量問題。其單位用滿量程輸出的百分比表示。在計算零點壓力的滯后性能時，不同的傳感器廠商會使用不同的壓力循環次數和不同的滿量程范圍。
壓力量程的滯后性：當傳感器用于一個或多個壓力循環時，輸出量程的重復測量值。該值通常用最差情況下滿量程輸出得百分比表示。
量程的溫度遲滯性能：當傳感器循環用在同一溫度下時，對量程的重復性判別。換言之，傳感器受制于最小和最大溫度限制。循環使用后量程的讀數差別就是量程的溫度遲滯性能。該參數用滿量程輸出的百分比表示。因而，滿量程壓力讀數確定了各種溫度下循環使用時在量程上的最差變化。
靈敏度：輸出信號變化量與壓力變化量的比率。實際中該單位的情況取決于廠商，但該值一般用mV/V或I/psi表示。靈敏度是確定系統解決方案的關鍵性能指標。
長期穩定性：在一定時間內，對量程和零點性能變化的度量。一般用mV表示。圖1.為了計算線性，最優的直線（BFSL）誤差法可提供平均誤差測量，BFSL直線與實際的檢測壓力存在一定的誤差（見圖1）。最終的基本線性是由從零點到全量程中間點測量壓力的最差情況決定。
量程的非線性：當壓力增加時，硅微機械傳感器產生的比例輸出一般都較低。因此對于高壓而言壓力變換器會顯示較低的輸出，而實際的線性只能推測指示。目前有兩種計算線性的基本方法。最優的直線（BFSL）誤差法可提供平均誤差測量，BFSL直線與實際的檢測壓力存在一定的誤差。最終的基本線性是由從零點到全量程中間點測量壓力的最差情況決定。終端的非線性一般為2xBFSL非線性。規范的第二類描述了與溫度相關的精度情況。當溫度變化時，所有的傳感器都存在非重復性的零點漂移。典型的橋電阻在室溫的變化約在+3000ppm/°C（有時也會用mV/V/°C表示）。然而，在低于室溫情況下（通常為–20°C）,阻抗會出現零斜率并轉換。在這種條件下，假設電阻與溫度間的線性變化關系是無效的，因此修正系數項必須結合進傳感器模塊。所能做的最好情況僅是將誤差減到最小，實際中采用時同個別廠商使用的容忍標準有關。廠商為了使其性能標準最佳化，故每個廠商都會提出不同性能的指標。
零點的溫度系數（三種方式）：該值很難準確定義，精確的規定受廠商的變化影響。有些廠商采用簡單的線性，既在參照溫度（25°C）連接兩個終點的直線，特別的誤差應該比蝶閥規定的理想量程校零點溫度系數的第二種定義是在指定溫度范圍內，溫度誤差應比給定的滿量程百分比低。這是該性能起碼的測量標準，但并不廣泛采用。第三種方法是用三個數據點計算BFSL。有三種技術都可用于確定零點的溫度系數。以兩個端點溫度為參考點的簡單直線法可以提供最多的信息。滿量程誤差法對裝置性能提供的信息最少，但它是廣泛使用的。三種技術中，第一種提供最最多數據信息，而第三種（BFSL誤差）提供給用戶有限的精度。第二種方法提供的裝置性能信息最少。
零點的溫度滯后：當傳感器用于一個或多個溫度循環周期時，該讀數反映了零點重復性的測量。在一定循環后，零點讀數的差異反映了溫度的滯后性，一般定義為滿量程輸出的百分比。因此，滿量程壓力讀數確定了整個溫度循環中最差的溫度偏移情況。
溫度補償：這是一種消除溫度變化影響的方法，其采用復雜的數學模型確定厚膜電阻的修正值。運行在各種變化溫度下的操作系統既需要通過電子系統的補償，也需要傳感器廠商的事先調整。各種誤差元件的結合可用于描述傳感器誤差對系統性能的影響。以下兩種定義廣泛用于描述整個傳感器的精度：最差情況誤差。各種相關的單誤差的總和，這里：誤差（最壞情況）=E1+E2+E3...En最可能的誤差。定義為單個誤差平方和的平方根，這里：誤差（最可能情況）=（E12+E22+E32+...En2） RMS不受誤差的方向影響。
產品選型表現在你可以進行選擇了，你已經確定好了選擇標準，你有了設計約束清單，可以用它們做出決定了。
轉載請注明來源：賽斯維傳感器網（www.sensorway.cn）
