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新聞資訊 · 應(yīng)用指南 · / 2024-03-04
現(xiàn)在，壓力傳感器是典型的汽車傳感器，它廣泛地應(yīng)用在汽車上。汽車壓力傳感器的歷史開始于1979年，用于引擎燃燒控制的多種絕對壓力傳感器。隨后，它被廣泛地用于高壓場合，如懸掛壓力探測和空調(diào)制冷壓力探測。在引入ＯＢＤ（車載自動診斷系統(tǒng)）后，壓力傳感器也擴(kuò)展到了低壓場合，如揮發(fā)的汽油泄漏探測。現(xiàn)在，壓力傳感器更進(jìn)一步地?cái)U(kuò)展到了高壓場合，如汽油燃燒噴射和柴油共軌燃燒噴射系統(tǒng)。顯然，壓力傳感器在汽車上有廣闊的發(fā)展前景。
工作原理部分:壓力傳感器可以廣義地分為三類：壓阻式壓力傳感器、電容式壓力傳感器和壓電式壓力傳感器。 本文將先介紹壓阻式壓力傳感器的工作原理，再介紹應(yīng)用于汽車的MEMS技術(shù)智能化硅壓阻式壓力傳感器的工作原理。
壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器的壓力敏感元件是壓阻元件，它是基于壓阻效應(yīng)工作的。所謂壓阻元件實(shí)際上就是指在半導(dǎo)體材料的基片上用集成電路工藝制成的擴(kuò)散電阻，當(dāng)它受外力作用時，其阻值由于電阻率的變化而改變。擴(kuò)散電阻正常工作時需依附于彈性元件，常用的是單晶硅膜片。
壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。壓阻芯片采用周邊固定的硅杯結(jié)構(gòu)，封裝在外殼內(nèi)。在一塊圓形的單晶硅膜片上，布置四個擴(kuò)散電阻，兩片位于受壓應(yīng)力區(qū)，另外兩片位于受拉應(yīng)力區(qū)，它們組成一個全橋測量電路。硅膜片用一個圓形硅杯固定，兩邊有兩個壓力腔，一個和被測壓力相連接的高壓腔，另一個是低壓腔，接參考壓力，通常和壓大氣相通。當(dāng)存在壓差時，膜片產(chǎn)生變形，使兩對電阻的阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，其輸出電壓反映膜片兩邊承受的壓差大小。為了將壓力信號轉(zhuǎn)化為電信號，采用應(yīng)變原理將惠斯頓檢測電橋通過MEMS技術(shù)制作在單晶硅片上，使得單晶硅片成為一個集應(yīng)力敏感與力電轉(zhuǎn)換為一體的敏感元件。
當(dāng)硅芯片受到外界的應(yīng)力作用時,硅應(yīng)變電橋的橋臂電阻將產(chǎn)生變化,一般都為惠斯頓電橋檢測模式。
單一的硅片芯片只能作為一個檢測單元的一部分無法獨(dú)立完成信號的轉(zhuǎn)換,所以必須有特定的封裝使其具備壓力檢測的能力。將圖2中的硅片芯片與PYREX玻璃環(huán)靜電封接在一起。PYREX玻璃環(huán)作為硅芯片的力學(xué)固定支撐彈性敏感元件并且使硅芯片與封裝絕緣,PYREX玻璃環(huán)的孔恰好成為了傳感器的參考壓力腔體和電極引線腔體。其結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4的敏感芯體封接在金屬螺紋底座上形成進(jìn)壓的腔道后，成為一個可安裝的壓力測量前端,見圖5。此封裝技術(shù)可以承載至少15MPa的壓力,若經(jīng)特殊處理可承載100MPa的壓力。
壓阻式傳感器的工作原理，并結(jié)合MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)，介紹了智能化硅壓阻傳感器。通過性能分析，得出了MEMS技術(shù)硅壓阻傳感器于汽車應(yīng)用上的優(yōu)勢地位。在汽車的常用溫區(qū)，對讀出精度有很高的要求，而現(xiàn)代MEMS技術(shù)硅壓阻傳感器通過信號智能調(diào)理設(shè)計(jì)，很好地滿足了這個要求。
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