Arbeitsprinzip des Diffusions-Silizium-Drucksensors

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Der Diffusions-Silizium-Drucksender besteht aus einem Sensor und einer Signalverarbeitungsschaltung. Der Sensor ist dafür zuständig, die zu messenden physikalischen Größen – insbesondere Drucksignale – am Arbeitsort in Spannungssignale umzuwandeln ； Die Signalverarbeitungsschaltung ist dafür zuständig, die vom Sensor erzeugten Spannungssignale durch Verstärkung und weitere Verarbeitung in Standardsignale umzuwandeln. Aufgrund seiner hohen Messgenauigkeit, schnellen dynamischen Reaktionszeiten, der Möglichkeit zur Ausgabe von Gleichstromsignalen, der guten Linearität, des weiten Temperaturbereichs, des geringen Gewichts, der kompakten Abmessungen sowie der einfachen Konstruktion wird er in vielen Branchen weit verbreitet eingesetzt. Diffusions-Silizium-Drucksensoren basieren auf monokristallinem Silizium und werden mithilfe fortschrittlicher Verfahren der Ionenimplantation sowie der Mikromechanikherstellung zu Silizium-Sensorelementen mit Wheatstone-Brücke und präziser mechanischer Struktur hergestellt. Der zu messende Druck wirkt über die Druckanschlüsse auf den siliziumbasierten Sensorelement. Dadurch wird eine lineare Umwandlung zwischen dem angelegten Druck und dem Ausgangssignal erreicht. Ein durch Laserjustierung eingestelltes Netz aus Dickschichtwiderständen kompensiert die temperaturbedingten Eigenschaften des Sensorelements. Auf der Grundlage des piezoresistiven Effekts von monokristallinem Silizium werden in einer bestimmten Richtung mithilfe fortschrittlicher Fertigungstechniken elastische Komponenten hergestellt. An den geeigneten Stellen werden dabei vier Spannungsresistoren mit gleichem Widerstandswert mittels integrierter Schaltkreistechnik angebracht; diese bilden anschließend eine Wheatstone-Brücke. Der Druck des zu messenden Mediums wirkt direkt auf die Membran des Sensors (aus Edelstahl oder Keramik). Dadurch entsteht eine geringe Verschiebung der Membran, die proportional zum Druck des Mediums ist. Wenn der Druck des Mediums durch die Edelstahlmembran hindurch auf die Seite der Diffusions-Siliziummembran übertragen wird, wirkt der Referenzdruck (Atmosphärdendruck oder Verschlusspannung) auf die andere Seite der Membran. Infolgedessen wird eine Seite der Membran komprimiert und die andere Seite gedehnt. Der Druckunterschied führt dazu, dass die Brücke aus den elektrischen Elementen aus dem Gleichgewicht gerät – dadurch wird ein Signal erzeugt, das mit der Druckänderung übereinstimmt. Im Schaltkreisteil wird der Wheatstone-Brückentyp mit einer konstanten Stromversorgung betrieben, um zu verhindern, dass die Ausgabe von Temperaturveränderungen beeinflusst wird. Das Ausgangssignal der Brücke wird durch einen differenziellen Normalisierungsverstärker verstärkt und anschließend in einen Strom umgewandelt. Dieser Strom wird schließlich durch eine nichtlineare Korrekturschleife korrigiert, wodurch ein Standardsignal im 4-20-mA-ADC-Bereich erzeugt wird, das in linearer Beziehung zur Druckveränderung steht. Jiangsu Huike Automation Instrument Co., Ltd. bietet Ihnen professionelle Beratung bei der Auswahl von Produkten sowie zuverlässige Produkte. Falls Sie Fragen haben, rufen Sie uns an – wir werden Ihnen gerne von unseren qualifizierten Technikern helfen.