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半導體傳感器的壓阻特性及工作溫度范圍

發布時間:2019-12-19  發布者:利坤電子
以半導體傳感器為中心的新型傳感器的大量研制,以及這些新型傳感器的應用,使精度、穩定性好的工業用測量儀器已商品化。作為這些測量儀器之一而廣泛應用于測量流量、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。它具有很多優良特性,但也存在因非線性誤差而難于實現化的問題。因此,要應用于傳感器,就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,尋求有關壓阻特性的新的公式。從公式得知,傳感器的非線性誤差和靈敏度,由應變計的配置來決定。基于這一點,設計出非線性誤羨較小的較佳應變計圖形,研制了精度為±0.2以上的半導體壓力傳感器。
然而,這種半導體壓力傳感器,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致的非線性和壓力方向不同使應力分布不對稱而引起的。因此,為防止撓曲過大和改進應力分布的不對稱性,研制出中間具有園形剛體的半導體壓力傳感器,從而地測量低壓和以前無法測量的正反兩方向的壓力。
硅一類的半導體具有壓阻效應,因而產生應變時其阻值就產生很大變化。所謂壓阻效應,指的就是當產生應變時,使晶格間隔發生變化,從而使載流子的移動性發生變化的這種特性。
PN結溫度傳感器PN結的正向結壓降隨溫度變化而變化,當取恒流供電時,在溫度范圍內,正向結壓降隨溫度增加近似成線性遞減。溫度每升高1℃,結壓降大約減小2mV。利用這種特性制成的硅PN結溫度傳感器國內已大量生產,并獲得廣泛應用。這種產品具有、體積小、重量輕、響應快、在溫度區內呈線性變化、產品批量生產、造價較低等特點。
此外,為了擴展使用溫區的上限,國內研制并生產了GaAs、SiC的PN結溫度傳感器,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、發射極結壓降Ube是溫度T的函數。當Ic恒定時,在溫度區間Ube與T近似成線性關系。。由于集成溫度傳感器的優異性能,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。它們的突出優點是:在其適用溫區范圍內具有、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客戶的需求進行鍍銀、鍍金、鍍鎳等。
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