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半导体传感器的压阻特性及工作温度范围

发布时间:2019-12-19  发布者:利坤电子
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  • 以半导体传感器为中心的新型传感器的大量研制,以及这些新型传感器的应用,使精度更高、稳定性好的工业用测量仪器已商品化。作为这些测量仪器之一而广泛应用于测量流量、压力、液面、比重等方面的电子式差压变送器和电子式压力传送器(以下把两者总称为传感器),也都使用了新型传感器。
    这种传感器是硅薄膜压力传感器。它具有很多优良特性,但也存在因非线性误差而难于实现高精度化的问题。因此,要应用于高精度传感器,就要解决非线性误差问题。然而,为了定量地掌握非线性误差,通过大量的实验和分析,寻求有关压阻特性的新的公式。从公式得知,传感器的非线性误差和灵敏度,由应变计的配置来决定。基于这一点,设计出非线性误羡较小的较佳应变计图形,研制了精度为±0.2以上的半导体压力传感器。
    然而,这种半导体压力传感器,在低压范围和承受正反两方向的压力的情况下进行高精度测量,也会产生不可忽略的非线性误差。这种非线性误差,是由硅膜片的挠曲过大所导致的非线性和压力方向不同使应力分布不对称而引起的。因此,为防止挠曲过大和改进应力分布的不对称性,研制出中间具有园形刚体的半导体压力传感器,从而高精度地测量低压和以前无法测量的正反两方向的压力。
    硅一类的半导体具有压阻效应,因而产生应变时其阻值就产生很大变化。所谓压阻效应,指的就是当产生应变时,使晶格间隔发生变化,从而使载流子的移动性发生变化的这种特性。
    PN结温度传感器PN结的正向结压降随温度变化而变化,当取恒流供电时,在一定温度范围内,正向结压降随温度增加近似成线性递减。温度每升高1℃,结压降大约减小2mV。利用这种特性制成的硅PN结温度传感器国内已大量生产,并获得广泛应用。这种产品具有灵敏度高、体积小、重量轻、响应快、在一定温度区内呈线性变化、产品批量生产、造价较低等特点。
    此外,为了扩展使用温区的上限,国内研制并生产了GaAs、SiC的PN结温度传感器,工作温度范围突破了硅管的150℃的上限。
    晶体管温度传感器
    晶体三极管的基极、发射极结压降Ube是温度T的函数。当Ic恒定时,在一定温度区间Ube与T近似成线性关系。。由于集成温度传感器的优异性能,晶体管温度传感器已逐步被集成化温度传感器所取代。
    集成温度传感器
    利用硅集成电路工艺技术可以将感温电路、信号放大电路、电源电路、补偿电路等制作在一块芯片上,构成单片式硅集成温度传感器。集成温度传感器的基本感温电路。它们是一对匹配的晶体管,使之分别工作在不同的电流密度之下。当I1、I2为恒流时,两晶体管的Ube之差△Ube与T成线性变化。采用这种基本感温电路,可以设计出各种不同的电路形式和不同输出类型的集成温度传感器。
    集成温度传感器按输出信号形式分为电流型、电压型和频率型。它们的突出优点是:在其适用温区范围内具有灵敏度高、线性好、功能全和使用简单方便。无论电压输出、电流输出还是频率输出都适合于与微机直接接口。 
    传感器外壳,归类于五金冲压件。工件采用拉伸、冲压等工艺加工,较终成为所需温度传感器的主要配件。
    传感器外壳可以提高传感器的防护等级,防止水、油、粉尘、碎屑等物质对传感器性能和使用寿命造成影响。同时还有防冲击的作用,在传感器受到外力轻微冲击时防止对传感器造成损伤。一般传感器使用金属外壳的较多,单纯的塑料外壳的较少。金属外壳具有很好的防冲击效果,而且还有优良的抗干扰效果,防止外界电磁干扰对测量造成影响。传感器冲压件还可以根据客户的需求进行镀银、镀金、镀镍等。
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