| 陶瓷厚膜壓力變送器存在的精度問題以及改良方法 |
| 信息來源： 陶瓷厚膜壓力變送器 | 2022-02-17 點擊量： 6568 |
在工業(yè)過程控制、航空航天、汽車、兵器、環(huán)保、醫(yī)療衛(wèi)生以及家用電器等各個領(lǐng)域中，各種傳感器得到了廣泛的應(yīng)用，而壓力傳感器又是其中應(yīng)用非常廣、需求量非常大的品種。厚膜壓力傳感器采用AL2O3陶瓷作彈性體，并用厚膜工藝將應(yīng)變電阻直接印刷、燒結(jié)在陶瓷彈性膜片上，這一好特的結(jié)構(gòu)、工藝技術(shù)，使其具有耐高溫、耐腐蝕、蠕變小、漂移小、成本低等優(yōu)點。利用厚膜壓力傳感器的綜合技術(shù)優(yōu)勢，可實現(xiàn)陶瓷厚膜壓力變送器的高精度、智能化。
一、工作原理及功能特點
高精度智能型陶瓷厚膜壓力變送器是利用陶瓷厚膜壓力芯片作為壓力敏感元件，并經(jīng)特殊的封裝結(jié)構(gòu)和密封工藝設(shè)計、制造，主要由高精度陶瓷厚膜壓力傳感器* 包括溫度傳感器+ 和微處理器兩部分組成。傳感器用來測量壓力P、溫度T的變化。當(dāng)作用于傳感器時，引起傳感器的電阻值相應(yīng)地變化，由傳感器芯片上的惠斯登電橋電路檢出，并由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入微處理器。溫度傳感器是輔助傳感器，它可以用于補償由于溫度的變化經(jīng)對測量結(jié)果的影響。微處理器是信號處理的核心部件，除協(xié)調(diào)變送器內(nèi)部各部件執(zhí)行操作外，還有線性運算、校正、溫度補償、故障診斷及通信功能。傳感器數(shù)據(jù)存儲器能夠存貯修正系數(shù)和傳感器組件的有關(guān)信息，這些數(shù)據(jù)均是在變送器調(diào)試時，由生產(chǎn)線上的計算機采集的，微處理器利用此存儲器中的數(shù)據(jù)信息，并經(jīng)計算處理，能產(chǎn)生一個高精度的特性優(yōu)異的輸出。
該壓力變送器的主要特點是高精度、高可靠性、高穩(wěn)定性、寬溫度補償、寬介質(zhì)兼容性、寬量程范圍和完善的自診斷功能、自校正功能，模擬、數(shù)字兩種輸出方式，雙向數(shù)字通訊，高性能價格比、高安全性等。
二、厚膜壓力傳感器高精度化存在的問題
目前國內(nèi)外厚膜壓力傳感器的精度一般都在0.5% -0.2%，工作溫度-40°C 到 +110°C，其難以達到高精度的主要原因是目前設(shè)計、工藝、結(jié)構(gòu)存在問題。
1、封裝技術(shù)的局限。厚膜壓力芯片目前通常采用橡膠、膠木墊片進行密封。橡膠、膠木墊片在高溫條件下容易產(chǎn)生形變，而且是軟密封，易造成傳感器遲滯。遲滯增大，導(dǎo)致傳感器精度難以進一步提高。
2、外引線鍵合技術(shù)的不足?，F(xiàn)有厚膜壓力芯片的外接線，通常采用鉛錫焊，熔點一般在200℃~290℃，若作為高溫傳感器，長期在120℃溫度下工作，此時鉛錫焊的可靠性、穩(wěn)定性往往會有較大。
3、應(yīng)變電阻調(diào)阻工藝技術(shù)存在問題。目前國內(nèi)厚膜壓力芯片多采用砂輪、串并聯(lián)等調(diào)阻方法，調(diào)阻工藝落后，精度低，穩(wěn)定性差，而且砂輪對調(diào)阻的應(yīng)變電阻電阻膜層有一定的損傷。
4、陶瓷彈性體材料問題。目前國內(nèi)厚膜壓力傳感器用陶瓷彈性體，陶瓷彈性體既是傳感器的壓力轉(zhuǎn)換材料，又是厚膜應(yīng)變電阻的載體。其性能在很大程度上影響傳感器的性能，需要高性能95%AL2O3瓷彈性材料配套。國內(nèi)電子陶瓷企業(yè)目前大多以生產(chǎn)裝置瓷為主，工藝水平落后，對密度、外形尺寸精度、一致性等要求不高，這在很大程度上影響了傳感器的精度、可靠性，尤其瓷件中的氣孔率對產(chǎn)品性能影響大。
三、改進措施
針對厚膜壓力芯片中的問題和不足，為進一步提高厚膜壓力芯片的精度、穩(wěn)定性，研制高精度厚膜壓力芯片，擬在以下4個方面進行設(shè)計、工藝技術(shù)的創(chuàng)新。
1、傳感器新型固態(tài)封裝技術(shù)。新型固態(tài)封裝技術(shù)包括瓷件的金屬化，金屬化瓷件和電容式壓力變送器的固態(tài)高溫焊接技術(shù)和密封工藝技術(shù)。這樣，從根本上取消橡膠、膠木墊片，實現(xiàn)厚膜壓力芯片的固態(tài)封裝，提高傳感器精度、穩(wěn)定性和可靠性，降低遲滯，克服墊片引起的對精度、遲滯的影響。
2、芯片外引線高溫鍵合技術(shù)。采用高溫壓焊技術(shù)，實現(xiàn)芯片外引線的高溫鍵合。研究采用新型外引線材料和易焊接厚膜導(dǎo)電材料，通過高溫壓焊，把外引線直接鍵合在導(dǎo)電膜層上，提高傳感器的工作溫度和可靠性、穩(wěn)定性。
3、激光調(diào)阻技術(shù)。研究采用先進的激光調(diào)阻技術(shù)和合適的軟件程序控制工藝，進行傳感器應(yīng)變電橋的調(diào)阻、配平和調(diào)零，提高傳感器的精度、穩(wěn)定性。
4、陶瓷彈性體材料的優(yōu)化設(shè)計和加工技術(shù)。研究采用新型高性能95%ALO3陶瓷彈性材料，同時和相關(guān)企業(yè)合作，進行材料的優(yōu)化設(shè)計，提高加工技術(shù)，保證彈性材料的致密度，外形尺寸一致性，為高精度厚膜壓力芯片的研制配套。
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