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壓力傳感器使用知識

日期：2010-06-09　　有1152人瀏覽

傳感器在使用過程中，正確的使用方法對提高傳感器的可靠性和穩定性有著密切的關系。要作到正確的使用傳感器，就必須在使用時對傳感器的以下方面有一個正確的認識。

1封裝

壓力傳感器顧名思義是用作壓力的測量，對壓力有很高的靈敏度，不同的封裝形式會對傳感器產生不同的應力影響，大小不同的應力會造成傳感器的不同的漂移特性。

傳感器從結構上來講重要分以下三種：隔離膜壓力傳感器、TO封裝壓力傳感器、塑封型壓力傳感器元件。

1.1 隔離膜壓力傳感器

SENSYM/ICT19/13系列隔離膜充油芯體是world上使用ZUI為廣泛的一種OEM壓力傳感器，它的量程范圍寬（5KPa~100MPa）、測量介質種類多。極大的方便了用戶。作為OEM產品，其多樣的再封裝性極大的方便了客戶制造各種的壓力接口。怎么樣再封裝是一種合理的封裝形式，在這里我們對以下三種封裝形式進行分析。

端口平面密封的封裝形式（見圖1）

這種密封方式是在傳感器前端膜片焊接環的端面放置橡膠O型圈，利用后部的鎖緊環將傳感器緊壓在O型圈上而起到密封的作用。這種封裝形式局限性很大，由于鎖緊環施加在傳感器上的壓力很強，使其收到較大的應力，而將應力完全的釋放掉，工藝過程是很煩瑣的，所以這種再封裝形式是不推薦客戶使用的，如果一定要用，則盡量在量程大于300psi的范圍內使用。用這種封裝形式來檢驗傳感器的各項指標，一般都不會得到生產廠家認可。

1.1.1 側密封的封裝形式（見圖二）

這種密封方式是在傳感器側面中部放置橡膠O型圈，利用O型圈在封裝殼體內腔壁的形變而起到密封的作用。這種封裝形式優勢很大，由于O型圈在封裝殼體內腔壁的形變得到了極好的控制而使施加在傳感器上的應力極小到可以忽略的程度，而傳感器在內腔的軸向上又有微小的運動空間，是無應力施加在傳感器上的。因此這種安裝方式又稱為懸浮式封裝形式，它的優點是保證芯體有微小的徑向和軸向運動，以保證因裝配而引起的機械應力不傳遞給芯體。這種安裝方式適用于全量程的隔離膜壓力傳感器。我們推薦客戶使用這種傳感器的封裝形式。

圖三是關于SENSYM/ICT 19/13 系列傳感器的封裝殼體內腔尺

寸圖。19/13系列安裝基座孔徑尺寸分別為：&19＋０．０８＋０．０４和&12.7＋０．０３＋０．００，在這兩孔的上端設計一個258左右的R倒角，在裝配芯體時，再在芯體的O型圈上涂適量的

變壓器油，就會很容易地把芯體推進基座孔內。

此外，在封裝壓力傳感器時應注意以下5項：

1、安裝芯體時，要特別注意不得觸摸芯體的膜片，避免造成傳感器性能參數的偏移、傳感器的失效。

2、不能擠壓芯體上的陶瓷線路板，或在殼體內填充隨外界環境（如溫度等）影響體積增大的物質，以避免陶瓷厚膜電路的損壞。

3、不能將芯體的引線和引腳反復來回扳動，更不能用力拉扯，以避免傳感器管腳斷裂或管腳的松脫。

4、傳感器往基座內推裝時，若推進費力或難以推進時，應立即停止，決不能強行再推，以避免損壞傳感器。

5、芯體應注意避免碰、摔、磕。

1.1.2 焊接式封裝形式（見圖四）

隨著傳感器生產設備的發展和普及，越來越多的生產廠家采用了焊接的方式來封裝隔離膜壓力傳感器。由于半導體材料的原因，焊接后部件的溫度一般不要超過125℃，ZUI高控制在150℃以內，這就加強了對設備的要求。一般可用于傳感器再封裝的焊接設備有（專用）亞弧焊機、激光焊機和電子束焊機，它們都可以將焊接部件的溫度控制在我們的要求以內。這種封裝方式使傳感器的適用介質范圍大大增加，并減小了泄露的可能性，但是它對焊接材料不銹鋼也有相當的要求，當不銹鋼材料質量較低時會影響焊接的質量，降低焊接強度，形成壓力管涌口而造成泄露。

1.2 TO封裝壓力傳感器

TO型封裝傳感器是一種簡易的壓力敏感元器件，其傳感器芯片上有一層硅凝膠在外界裸露，粘在TO-8管座上被一金屬導氣帽包圍著，其ZUI大壓力量程為150psi。其封裝形式可分為以下兩種：

1.2.1 直插式

其封裝形式為印刷電路板安裝形式，氣路連接用一塑料軟管插上即可，量程大一些的可用尼龍卡將軟管卡住，以保證傳感器壓力連接的可靠性。

1.2.2 O型圈密封式

圖五為此密封方式的示意圖，這種密封方式和圖一有相似的地方，但在引入的應力上二者有明顯的區別，TO封裝的傳感器使用這種封裝時應力是可以忽略的。

1.3 塑封型壓力傳感器

SENSYM/ICT公司的塑封型壓力傳感器有代表性的可以分為以下四大種：P型封裝壓力傳感器、A2封裝壓力傳感器、N型封裝壓力傳感器、D4型封裝壓力傳感器。具體的封裝方式可以從以上兩種產品的封裝方法稍加改變得到。

1.4 總結

1.4.1 客戶對傳感器的再封裝應充分考慮的傳感器原有的封裝類型，在滿足其壓力量程的條件下應盡量小的引入裝配應力。

1.4.2 對有參考壓力端口的傳感器應注意封裝時不要將其封閉住。

2 絕緣性

對與壓阻式壓力傳感器而言，絕緣性的測試的儀器是非常重要的，傳感器絕緣性的測試條件為50V，ZUI小絕緣電阻100MΩ，有許多顧客使用100V，甚至于500V的絕緣測試儀表來測試，傳感器會因為高電壓而被擊穿，造成傳感器的損壞。

注意：嚴格禁止使用高于50VDC的絕緣測試儀測試擴散硅壓阻式壓力傳感器。。

3 電源激勵

傳感器的供電電源分為恒流源和恒壓源兩種，每一種產品在使用說明上均有供電類型和ZUI大供電值，傳感器在使用時供電類型混淆會造成傳感器靈敏度和溫度性能的變化超過ZUI大供電值使用會造成傳感器性能的失效。

4 穩定性

傳感器的穩定性測試中需要注意以下問題：

l 電源穩定性：優于0.1%。

l 測試儀表及傳感器上電時間大于1小時。

l 溫度恒定。

l 一概壓力傳感器應擬合掉大氣壓變化的影響。

5 靜態特性

傳感器的精度測試，先進行滿程壓力沖擊3次，至少取5個測試點，循環測試三次，并記錄測試值。按公式（1）~（3）分別計算出傳感器的非線性、遲滯、重復性。

5.1 非線性

…（1）

ΔL-－－－－－－－－－－－－傳感器的一致性誤差

ΔAmax－－－－－－-傳感器上行程或下行程各檢定點與理論輸出值的ZUI大偏差

V_fs－－－－－－－－－－－－傳感器的量程輸出

5.2 重復性

…（2）

ΔR－－－－－－－－－－傳感器的重復性

Vi－－－－－－－－－－-各檢定點每次測量值

V－－－－－－－－－－－－測量值的平均值

Vfs －－－－－－－－－－傳感器的量程輸出

n－－－－－－－－－－－－測量次數

5.3 壓力遲滯

…（3）

ΔH－－－－－－－－－－-傳感器的遲滯

Δbmax-－－－－－－傳感器各檢定點正逆行程的的ZUI大差值。

Vfs －－－－－－－－－－－－傳感器的量程輸出

6 過載

過載壓力指傳感器在額定工作壓力以上的一定范圍內可以正常工作，但傳感器的某些特性會發生變化，可詳見我公司的技術資料《傳感器的選型》，資料可以向市場部索取。

破壞壓力指傳感器可以承受的ZUI大壓力，超過該壓力會造成傳感器的失效或損壞。

7 測量介質

對于不銹鋼封裝的傳感器，由于絕大多數的材質是316L，所以它可以測試任何316L SS可以兼容的介質。

測量管道水壓時應注意水錘現象，詳見可詳見我公司的技術資料《高壓場合下的密封緩沖接口》，資料可以向市場部索取。

對于不是干凈的干燥氣體，1800/1805系列和塑封型傳感器則不能直接的應用，它需要在使用前確認介質的兼容性。SENSYM/ICT 的傳感器是利用半導體微機械加工工藝，使用單晶硅片為原料加工而成。利用金絲球焊的生產工藝將傳感器鍍金管腳和硅片（鍍鋁層）連接起來。如果被水、腐蝕性介質、電離性介質接觸，傳感器就會失效。盡管傳感器內部的結構上被涂敷了一層硅凝膠，但是如果使用的介質不是清潔、干燥的氣體，請和廠家聯系確認后使用。

另外一個限制傳感器使用介質的材料是室溫硫化橡膠（RTV），它被用作傳感器生產過程中芯片的粘接劑。當傳感器受到溫度變化或其他應力的作用時，室溫硫化橡膠可以使傳感器芯片感受到ZUI小的應力影響。室溫硫化橡膠和油氣以及一些強的化學溶劑不能兼容，使用時應當注意，或和廠家聯系確認后使用。