以半導(dǎo)體傳感器為中心的新型傳感器的大量 ,以及這些新型傳感器的應(yīng)用,使精度、穩(wěn)定性好的工業(yè)用測量儀器已商品化。作為這些測量儀器之一而 應(yīng)用于測量流量、壓力、液面、比重等方面的電子式差壓變送器和電子式壓力傳送器(以下把兩者總稱為傳感器),也都使用了新型傳感器。
這種傳感器是硅薄膜壓力傳感器。它具有很多優(yōu)良 性,但也存在因非線性誤差而難于實現(xiàn)化的問題。因此,要應(yīng)用于傳感器, 要解決非線性誤差問題。然而,為了定量地掌握非線性誤差,通過大量的實驗和分析,尋求有關(guān)壓阻 性的新的公式。從公式得知,傳感器的非線性誤差和靈敏度,由應(yīng)變計的配置來決定?;谶@一點,設(shè)計出非線性誤羨較小的較佳應(yīng)變計圖形, 了精度為±0.2以上的半導(dǎo)體壓力傳感器。
然而,這種半導(dǎo)體壓力傳感器,在低壓范圍和承受正反兩方向的壓力的情況下進行測量,也會產(chǎn)生不可忽略的非線性誤差。這種非線性誤差,是由硅膜片的撓曲過大所導(dǎo)致的非線性和壓力方向不同使應(yīng)力分布不對稱而引起的。因此,為防止撓曲過大和改進應(yīng)力分布的不對稱性, 出中間具有園形剛體的半導(dǎo)體壓力傳感器,從而地測量低壓和以前無法測量的正反兩方向的壓力。
硅一類的半導(dǎo)體具有壓阻效應(yīng),因而產(chǎn)生應(yīng)變時其阻值 產(chǎn)生很大變化。所謂壓阻效應(yīng),指的 是當(dāng)產(chǎn)生應(yīng)變時,使晶格間隔發(fā)生變化,從而使載流子的移動性發(fā)生變化的這種 性。
PN結(jié)溫度傳感器PN結(jié)的正向結(jié)壓降隨溫度變化而變化,當(dāng)取恒流供電時,在溫度范圍內(nèi),正向結(jié)壓降隨溫度增加近似成線性遞減。溫度每升高1℃,結(jié)壓降大約減小2mV。利用這種 性制成的硅PN結(jié)溫度傳感器國內(nèi)已大量生產(chǎn),并獲得 應(yīng)用。這種產(chǎn)品具有靈敏度高、體積小、重量輕、響應(yīng)快、在溫度區(qū)內(nèi)呈線性變化、產(chǎn)品批量生產(chǎn)、造價較低等 點。
此外,為了擴展使用溫區(qū)的上限,國內(nèi) 并生產(chǎn)了GaAs、SiC的PN結(jié)溫度傳感器,工作溫度范圍突破了硅管的150℃的上限。
晶體管溫度傳感器
晶體三極管的基極、發(fā)射極結(jié)壓降Ube是溫度T的函數(shù)。當(dāng)Ic恒定時,在溫度區(qū)間Ube與T近似成線性關(guān)系。。由于集成溫度傳感器的優(yōu)異性能,晶體管溫度傳感器已逐步被集成化溫度傳感器所取代。
集成溫度傳感器
利用硅集成電路工藝技術(shù)可以將感溫電路、信號放大電路、電源電路、補償電路等制作在一塊芯片上,構(gòu)成單片式硅集成溫度傳感器。集成溫度傳感器的基本感溫電路。它們是一對匹配的晶體管,使之分別工作在不同的電流密度之下。當(dāng)I1、I2為恒流時,兩晶體管的Ube之差△Ube與T成線性變化。采用這種基本感溫電路,可以設(shè)計出各種不同的電路形式和不同輸出類型的集成溫度傳感器。
集成溫度傳感器按輸出信號形式分為電流型、電壓型和頻率型。它們的突出優(yōu)點是:在其適用溫區(qū)范圍內(nèi)具有靈敏度高、線性好、功能全和使用簡單方便。無論電壓輸出、電流輸出還是頻率輸出都適合于與微機直接接口。
傳感器外殼,歸類于五金沖壓件。工件采用拉伸、沖壓等工藝加工,較終成為所需溫度傳感器的主要配件。
傳感器外殼可以提高傳感器的防護等級,防止水、油、粉塵、碎屑等物質(zhì)對傳感器性能和使用壽命造成影響。同時還有防沖擊的作用,在傳感器受到外力輕微沖擊時防止對傳感器造成損傷。一般傳感器使用金屬外殼的較多,單純的塑料外殼的較少。金屬外殼具有很好的防沖擊效果,而且還有優(yōu)良的抗干擾效果,防止外界電磁干擾對測量造成影響。傳感器沖壓件還可以根據(jù)客戶的需求進行鍍銀、鍍金、鍍鎳等。