半导体压阻式传感器 ——在液位测量上的应用

1、12/4/2021整理课件1。 任务二任务二 半导体压阻式传感器半导体压阻式传感器 在液位测量上的应用在液位测量上的应用一、任务描述与分析一、任务描述与分析 对一个回油槽的油位进行测量，油槽的正常油位在对一个回油槽的油位进行测量，油槽的正常油位在1.5米左右，最高为米左右，最高为2米，油槽为敞开式结构，因为米，油槽为敞开式结构，因为液体液体的深度与产生的压力成比例的深度与产生的压力成比例，因而可以在油槽的底部，因而可以在油槽的底部安装压力传感器来测量油位，比如安装扩散硅压力传安装压力传感器来测量油位，比如安装扩散硅压力传感器感器 。12/4/2021整理课件2二、相关知识二、相关知识 什么叫压

2、阻效应？什么叫压阻效应？ 在半导体材料上施加一作用力时，其电在半导体材料上施加一作用力时，其电阻率将发生阻率将发生显著显著的变化，这种现象称为压阻的变化，这种现象称为压阻效应。效应。 12/4/2021整理课件312/4/2021整理课件4（二）什么是扩散硅压力传感器（二）什么是扩散硅压力传感器 利用压阻效应原理，采利用压阻效应原理，采用三维集成电路工艺技术及用三维集成电路工艺技术及一些专用特殊工艺，在单晶一些专用特殊工艺，在单晶硅片上的特定晶向，制成应硅片上的特定晶向，制成应变电阻构成的惠斯顿检测电变电阻构成的惠斯顿检测电桥，并同时利用硅的弹性力桥，并同时利用硅的弹性力学特性，在同一硅片上进

3、行学特性，在同一硅片上进行特殊的机械加工，集应力敏特殊的机械加工，集应力敏感与力电转换检测于一体的感与力电转换检测于一体的这种力学量传感器，以气、这种力学量传感器，以气、液体压强为检测对象，也称液体压强为检测对象，也称为为固态压阻传感器固态压阻传感器 。12/4/2021整理课件5（三）压阻式传感器的结构（三）压阻式传感器的结构当当r=0. 635 ra时，纵向应力时，纵向应力=0； r0. 635ra时，为负应力时，为负应力(压应力压应力)； r0. 635ra时，为正应力时，为正应力(拉应力拉应力)12/4/2021整理课件61：高压进气口，：高压进气口，2：低压进气口，：低压进气口，3硅

4、硅杯，杯，4.单晶硅膜片，单晶硅膜片，5：扩散硅应变片，：扩散硅应变片，6：扩散电阻引线，：扩散电阻引线，7：电极及引线，：电极及引线，8：玻璃粘接剂，玻璃粘接剂，9：玻璃基板：玻璃基板12/4/2021整理课件7压阻式固态压力传感器的隔离、承压膜片压阻式固态压力传感器的隔离、承压膜片 隔离、承压隔离、承压膜片可以将腐膜片可以将腐蚀性的气体、蚀性的气体、液体与硅膜片液体与硅膜片 隔离开来。隔离开来。 12/4/2021整理课件8压阻式固态压阻式固态 压力传感器压力传感器 内部结构内部结构信号处理电路信号处理电路12/4/2021整理课件9小型压阻式固态压力传感器小型压阻式固态压力传感器高压进气

5、口高压进气口低压进气口低压进气口绝对压力传感器绝对压力传感器12/4/2021整理课件10小型压阻式固态压力传感器（续）小型压阻式固态压力传感器（续）呼吸、透析和注射泵设备中用的压力传感器呼吸、透析和注射泵设备中用的压力传感器p1进气管进气管p2进气管进气管固态压力固态压力传感器传感器12/4/2021整理课件11小型压阻式固态压力传感器（续）小型压阻式固态压力传感器（续）表压压力传感器表压压力传感器p1进气管进气管12/4/2021整理课件12三、相关技能1 1量程选择量程选择 根据被测压力，可以选择表压、绝压、密根据被测压力，可以选择表压、绝压、密封式表压、差压等压力显示值，在传感器的量封

6、式表压、差压等压力显示值，在传感器的量程选择时，首先确定压力显示类型。程选择时，首先确定压力显示类型。2安装方式的选择安装方式的选择现代传感器通常已经和变送器整体化，根据现现代传感器通常已经和变送器整体化，根据现场的安装需要，可以选用投入式、法兰式、螺场的安装需要，可以选用投入式、法兰式、螺纹式、直杆式等安装方式的压力传感器纹式、直杆式等安装方式的压力传感器 12/4/2021整理课件1312/4/2021整理课件14投入式液位计投入式液位计 压阻式固态压力传感器用于投入式液位计：压阻式固态压力传感器用于投入式液位计：p1的进气孔用柔性不锈钢隔离膜片隔离，并用的进气孔用柔性不锈钢隔离膜片隔离，

7、并用硅油传导压力而与液体相通。硅油传导压力而与液体相通。 12/4/2021整理课件15投入式液位计外形（续）投入式液位计外形（续） 压阻式压阻式固态压力固态压力传感器传感器 光柱光柱 显示器显示器 橡胶橡胶 背压管背压管 12/4/2021整理课件16投入式液位传感器投入式液位传感器 投入式液位传感投入式液位传感器安装方便，适应于器安装方便，适应于深度为深度为 几米几米 至至 几十几十米，且混有米，且混有 大大 量量 污污物、杂质的水或其他物、杂质的水或其他液体的液位测量。液体的液位测量。 12/4/2021整理课件17投入式液位计液位的计算：投入式液位计液位的计算： 安装高度安装高度h0处

8、水的表压处水的表压 p1= gh1 h=h0+h1=h0+p1 /（ g） 例：液位计安装高度为例：液位计安装高度为1m，测得压力，测得压力为为98kPa，求水的深度。，求水的深度。12/4/2021整理课件18有的传感器采用较大内孔和法兰连接方式，适用于有的传感器采用较大内孔和法兰连接方式，适用于非密封场合，尤其是具有粘稠或浆状介质等特性的非密封场合，尤其是具有粘稠或浆状介质等特性的液体，或富含颗粒类介质的测量，不易堵塞，便于液体，或富含颗粒类介质的测量，不易堵塞，便于清洗清洗 。12/4/2021整理课件19螺纹式结构压力传感器一般用于封闭式压力容螺纹式结构压力传感器一般用于封闭式压力容器

9、中，采用差压测量方式进行液位的测量器中，采用差压测量方式进行液位的测量 12/4/2021整理课件203电气连接方式12/4/2021整理课件21（二）认知测量电路（二）认知测量电路1恒流源电桥电路恒流源电桥电路由于制造、温度影响等原因，传统的电桥存在失调、由于制造、温度影响等原因，传统的电桥存在失调、零位温漂、灵敏度温度系数和非线性等问题，影响传零位温漂、灵敏度温度系数和非线性等问题，影响传感器的准确性。为了提高测量精度，减少与补偿误差感器的准确性。为了提高测量精度，减少与补偿误差措施有三：措施有三： 1. 恒流源供电电桥恒流源供电电桥 2. 零点温度补偿零点温度补偿 3. 灵敏度温度补偿灵敏度温度补偿 12/4/2021整理课件22电桥的输出电压与电阻电桥的输出电压与电阻变化成正比，与恒流源变化成正比，与恒流源电流成正比，但与温度电流成正比，但与温度无关，因此测量不受温无关，因此测量不受温度的影响度的影响 12/4/2021整理课件23但温度的变化，将引起但温度的变化，将引起零漂和灵敏度漂移零漂和灵敏度漂移。零漂是指扩。零漂是指扩散电阻值随温度变化，灵敏度漂移是指压阻系数随温度散电阻值随温度变化，灵敏度漂移是指压阻系数随温度变化，对于温度的影响可以进行补偿。对于零位温漂，变化，对于温度的影响可以进行补偿。对于零位温漂，可以可以 串、并联电阻进行补偿；对于灵敏度温漂可以串串、并