薄膜電阻應變式壓力傳感器的研制-預覽頁
【正文】 應變式壓力傳感器的研制萬 云，周引穗，梁 舉，王 輝（西北大學 物理學系， 陜西 西安，710069）摘 要：基于應變片式壓力傳感器工作原理，采用鍍膜、光刻技術，以石英、Al2O3陶瓷為基底，蒸鍍金屬薄膜并將其制成電阻應變式壓力傳感器敏感柵。另外，由于它們還具有耐高溫、耐腐蝕的特點而在工業(yè)、生產領域有相當高的實用價值。傳感器是信息采集系統(tǒng)的感應單元，所以，它是自動化系統(tǒng)和控制設備的關鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個結構組成，在科技、生產自動化領域中的作用越來越重要[2]。電 量物理量測量電路傳感元件敏感元件件輔助電源圖1 傳感器的組成 The posing of sensor其中：① 敏感元件直接感受被測物理量，如在應變式傳感器中為彈性元件；② 傳感元件將感受到的非電量直接轉換成電量，是轉換元件，如固態(tài)壓阻式壓力傳感器；③ 測量電路是將傳感元件輸出的電信號轉換為便于顯示、控制和處理的有用電信號的電路，使用較多的是電橋電路。對傳感器在技術方面有一定的要求，比如：高靈敏度、高穩(wěn)定性 、線性度好、遲滯小、可重復、低成本、小尺寸、重量輕和強度高等等，而同時亦要考慮盡可能低的零點漂移、溫度漂移及蠕變等[5]。利用電阻式傳感器可以測量形變、壓力、力、位移、加速度和溫度等非電量參數(shù)。它是目前應用較多的壓力傳感器之一，因具有結構簡單、使用方便、測量速度快等特點而廣泛應用于航空、機械、電力、化工、建筑、醫(yī)學等諸多領域。另外，如果彈性材料和結構選擇恰當，還可制成耐高溫、耐腐蝕的全隔膜式薄膜壓力傳感器。敏感柵外觀尺寸為Ф20mm，應變柵厚度300nm，柵寬20μm，柵距20μm。材料準備真空鍍膜光 刻堅膜腐蝕測 試焊接封裝圖5 工藝流程圖 Technics flow chart2 器件特性測試為了精確測量彈性元件受到的外施壓力，我們設計使用惠斯通電橋電路，當彈性基片受到壓力作用時，敏感柵將產生的應變轉換成柵條電阻值的變化，再通過電橋電路輸出信號，測量電路如圖6所示。其中外加壓力為P，加載時輸出電壓為U1，卸載時輸出電壓為U2。陶瓷材料的特性之一，是受到壓力作用時，其應力應變特性在其斷裂之前均保持良好的線性關系[8]，并且陶瓷材料具有各向同性的特點，這決定了Al2O3陶瓷壓力傳感器具有靈敏、測試準確、穩(wěn)定性好等特點。從表2及圖8可知，我們研制的壓力傳感器,尤其是Al2O3陶瓷壓力傳感器的壓力應變線性很好，其工作點與擬和直線非常接近，這一特性保證了該傳感器具有測試準確的特點。一般壓力傳感器，都有一定的機械遲滯現(xiàn)象，但石英（尤其是Al2O3陶瓷）壓力傳感器，由于材料本身具有較好的應力應變線性特性與它的高穩(wěn)定特性[8]，在撤掉外力后，彈性基片殘余應變很小，因此該傳感器的機械滯后相對較小，穩(wěn)定性比較高。這種改進傳感器敏感柵結構的方法，對高溫、高性能傳感器的生產制作有著重要的意義。如果能將陶瓷基片表面光潔度提高，將會使批量生產制作高精度、高穩(wěn)定性、耐高溫的“三高”壓力傳感器成為可能。 thin film。講授過材料學、陶瓷工藝、物理學、科技文獻檢索、工程制圖基礎、英語(成人班)、材料物理實驗、基礎物理實驗等課程。8 /
環(huán)評公示相關推薦
鄂ICP備17016276號-1