Avantages et inconvénients du silicium monocristallin et des transmetteurs de pression à capteur capacitif et à silicium diffusé
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Pourriez-vous expliquer en détail les avantages, inconvénients et différences d’application des transmetteurs de pression en silicium monocristallin, capacitifs et à diffusion ? Merci beaucoup.
Le contenu de la réponse provient de Baidu Baike : Différences entre les transmetteurs de pression capacitifs et ceux en silicium diffusé. Un transmetteur capacitif dispose d’un composant de détection à capacité variable, appelé chambre « δ ». Ce capteur est un composant entièrement fermé. La pression de processus et la différence de pression sont transmises à la membrane de détection par le biais d’une membrane isolante et du fluide de remplissage en silicone, provoquant un déplacement. La différence de capacité entre la membrane de détection et les deux plaques capacitives est convertie par les composants électroniques en un signal électrique en sortie à deux fils de (4 à 20) mA. Le circuit d’amplification électronique se compose d’un démodulateur, d’un oscillateur, d’un amplificateur de contrôle d’oscillation, d’un détecteur de courant, d’un amplificateur de contrôle de courant, d’un régulateur de limite de courant, d’une tension de référence, d’un stabilisateur, etc. Ils détectent les signaux capacitifs afin de contrôler la fréquence d’oscillation, puis les convertissent en sortie en courant. Performances
Avantages :
1. Permet d’atteindre des pressions extrêmement basses.
2. Grande résistance à la surcharge.
3. Haute précision.
Inconvénients :
Pas d’avantage pour la mesure de hautes pressions.
Exigences élevées en matière de procédé d’emballage du capteur.
Principe de fonctionnement :
Le dispositif convertit le signal de température en signal électrique grâce à un capteur de température, puis l’amplificateur préamplificateur amplifie et filtre ce signal électrique avant de l’envoyer au module de conversion A/D de la CPU afin de réaliser la conversion du signal analogique en signal numérique. Enfin, le CPU traite les données, les affiche et génère une sortie PWM. Média à mesurer ---〉 Capteur ---〉 Circuit électronique ---〉 Signal de sortie La pression du média à mesurer agit directement sur la membrane en céramique ou en silicium diffusé du capteur, provoquant un déplacement infime de cette membrane proportionnel à la pression du média. En conditions normales de fonctionnement, le déplacement maximal de la membrane ne dépasse pas 0,025 millimètre. Le circuit électronique détecte ce déplacement, puis le convertit en un signal de mesure industriel standard correspondant à cette pression. En cas de surpression, la membrane se colle directement au substrat en céramique solide/silicium diffusé. Comme l’écart entre la membrane et le substrat n’est que de 0,1 millimètre, la déplacement maximal de la membrane en cas de surpression ne peut être que de 0,1 millimètre. Ainsi, d’un point de vue structurel, il est garanti que la membrane ne subira pas de déformation excessive, ce qui confère au capteur une excellente stabilité et une grande fiabilité. Principales caractéristiques des transmetteurs de pression en silicium diffusé 1. Haute stabilité – supérieure à 0,1 % de la pleine échelle par an. 2. Faible déviation de température – Grâce à l’élimination du fluide intermédiaire dans l’élément de mesure, le capteur atteint non seulement une grande précision de mesure.
3. Bonne fiabilité – L’utilisation de circuits intégrés à grande échelle assure une grande fiabilité du circuit et une forte résistance aux interférences. 4. Grande adaptabilité – Le produit dispose de plusieurs modèles et de diverses formes de connexion aux processus, ce qui lui permet de s’adapter à toutes sortes de médias dans les mesures industrielles. 5. Facile à installer et à entretenir : structure rationnelle, petit volume, faible poids, pouvant être installé n’importe où. Inconvénients : après 0 °C, la stabilité de température diminue considérablement ; il ne peut pas résister à des pressions dynamiques ; la membrane est facilement endommagée. Transmetteur de pression en silicium diffusé – Différences : transmetteur de pression en silicium diffusé, transmetteur de pression capacitif. Au milieu des années 1990, les entreprises américaines Icscnsor et Nova ont utilisé deux technologies de pointe, le silicium cristallin et les plaques de silicium, pour fabriquer de nouveaux capteurs de pression en silicium diffusé, et ont développé des transmetteurs de pression en silicium diffusé caractérisés par une haute précision, une faible répétabilité et une bonne résistance à la corrosion. La pression du processus est transmise à la membrane en silicium diffusé par l’intermédiaire d’une membrane isolante et d’un huile de silicone étanche, tandis que la pression du côté de référence (pression atmosphérique) agit sur l’autre extrémité de la membrane. Ainsi, la différence de pression des deux côtés de la membrane crée un champ de pression qui comprime une partie de la membrane. Dans l’autre partie de traction, il y a deux résistances à déformation dans la zone de compression et dans la zone de traction respectivement, afin de détecter les variations de la résistance causées par la pression, et ainsi convertir le signal de pression en signal électrique. Le silicium diffusé est difficile à utiliser normalement en dessous de zéro degré en température basse ou au-dessus de 85 °C en température élevée, et il n’est pas non plus adapté aux hautes pressions supérieures à 20 MPa. Transmetteur de pression à membrane capacitif. Le transmetteur de pression absolue à membrane capacitif existe depuis plus de 20 ans, depuis les années 1980. Grâce à sa haute précision, sa résistance à la corrosion et à la pollution, ainsi qu’à sa bonne stabilité, il est reconnu dans le monde entier comme l’instrument idéal pour mesurer les pressions de bas vide. L’entreprise américaine M.K.S est l’un des principaux fabricants mondiaux de transmetteurs de pression capacitifs, présente dans tous les domaines de l’industrie civile, et joue un rôle unique dans des industries telles que l’aérospatiale et nucléaire. Ce transmetteur de pression est conçu sur le principe selon lequel une membrane élastique génère une variation de pression sous l’effet d’une différence de pression, ce qui provoque une modification de la capacité. Il se compose d’une partie de détection et d’un circuit de conversion, comme le montre la figure 7-34. La partie de détection comprend deux chambres : une chambre à vide et une chambre de détection. La chambre à vide est de conception hermétique ; après avoir été testée et trouvée étanche par un détecteur de fuites à masse spectrométrique, elle est formée par une évacuation prolongée, puis le tuyau d’évacuation est scellé. Un agent dégazant est également fourni pour éliminer les gaz résiduels et maintenir ainsi un haut vide sur le long terme. Les plaques fixes se trouvent à l’intérieur de la chambre à vide, et leurs fils de connexion mènent à l’extérieur de la chambre. La membrane de détection est placée entre la chambre à vide à haut vide et la chambre de détection reliée au système à bas vide à tester ; cette membrane de détection constitue une plaque mobile qui, avec les plaques fixes, forme un condensateur plat ayant une capacité déterminée (J.). La pression de bas vide à mesurer pénètre dans la chambre de mesure par le trou de détection, ce qui provoque une flexion de la membrane de détection et modifie ainsi sa distance par rapport à la plaque fixe ; la valeur de la capacité change en conséquence. Différents niveaux de pression à bas vide déterminent différentes valeurs de capacité. Enfin, le signal capacitif est transmis à la partie de conversion du circuit, qui, par des opérations de transformation, de traitement et d’amplification, génère un signal de tension ou de courant standard, proportionnel à la pression sous vide. Ce type de transmetteur de pression permet une mesure de différence de pression à haute sensibilité, avec un point zéro stable. Il présente de bonnes caractéristiques de réponse dynamique et une grande adaptabilité, et est généralement adapté à la mesure des pressions statiques.
Avantages :
1. Permet d’atteindre des pressions extrêmement basses.
2. Grande résistance à la surcharge.
3. Haute précision.
Inconvénients :
Pas d’avantage pour la mesure de hautes pressions.
Exigences élevées en matière de procédé d’emballage du capteur.
Principe de fonctionnement :
Le dispositif convertit le signal de température en signal électrique grâce à un capteur de température, puis l’amplificateur préamplificateur amplifie et filtre ce signal électrique avant de l’envoyer au module de conversion A/D de la CPU afin de réaliser la conversion du signal analogique en signal numérique. Enfin, le CPU traite les données, les affiche et génère une sortie PWM. Média à mesurer ---〉 Capteur ---〉 Circuit électronique ---〉 Signal de sortie La pression du média à mesurer agit directement sur la membrane en céramique ou en silicium diffusé du capteur, provoquant un déplacement infime de cette membrane proportionnel à la pression du média. En conditions normales de fonctionnement, le déplacement maximal de la membrane ne dépasse pas 0,025 millimètre. Le circuit électronique détecte ce déplacement, puis le convertit en un signal de mesure industriel standard correspondant à cette pression. En cas de surpression, la membrane se colle directement au substrat en céramique solide/silicium diffusé. Comme l’écart entre la membrane et le substrat n’est que de 0,1 millimètre, la déplacement maximal de la membrane en cas de surpression ne peut être que de 0,1 millimètre. Ainsi, d’un point de vue structurel, il est garanti que la membrane ne subira pas de déformation excessive, ce qui confère au capteur une excellente stabilité et une grande fiabilité. Principales caractéristiques des transmetteurs de pression en silicium diffusé 1. Haute stabilité – supérieure à 0,1 % de la pleine échelle par an. 2. Faible déviation de température – Grâce à l’élimination du fluide intermédiaire dans l’élément de mesure, le capteur atteint non seulement une grande précision de mesure.
3. Bonne fiabilité – L’utilisation de circuits intégrés à grande échelle assure une grande fiabilité du circuit et une forte résistance aux interférences. 4. Grande adaptabilité – Le produit dispose de plusieurs modèles et de diverses formes de connexion aux processus, ce qui lui permet de s’adapter à toutes sortes de médias dans les mesures industrielles. 5. Facile à installer et à entretenir : structure rationnelle, petit volume, faible poids, pouvant être installé n’importe où. Inconvénients : après 0 °C, la stabilité de température diminue considérablement ; il ne peut pas résister à des pressions dynamiques ; la membrane est facilement endommagée. Transmetteur de pression en silicium diffusé – Différences : transmetteur de pression en silicium diffusé, transmetteur de pression capacitif. Au milieu des années 1990, les entreprises américaines Icscnsor et Nova ont utilisé deux technologies de pointe, le silicium cristallin et les plaques de silicium, pour fabriquer de nouveaux capteurs de pression en silicium diffusé, et ont développé des transmetteurs de pression en silicium diffusé caractérisés par une haute précision, une faible répétabilité et une bonne résistance à la corrosion. La pression du processus est transmise à la membrane en silicium diffusé par l’intermédiaire d’une membrane isolante et d’un huile de silicone étanche, tandis que la pression du côté de référence (pression atmosphérique) agit sur l’autre extrémité de la membrane. Ainsi, la différence de pression des deux côtés de la membrane crée un champ de pression qui comprime une partie de la membrane. Dans l’autre partie de traction, il y a deux résistances à déformation dans la zone de compression et dans la zone de traction respectivement, afin de détecter les variations de la résistance causées par la pression, et ainsi convertir le signal de pression en signal électrique. Le silicium diffusé est difficile à utiliser normalement en dessous de zéro degré en température basse ou au-dessus de 85 °C en température élevée, et il n’est pas non plus adapté aux hautes pressions supérieures à 20 MPa. Transmetteur de pression à membrane capacitif. Le transmetteur de pression absolue à membrane capacitif existe depuis plus de 20 ans, depuis les années 1980. Grâce à sa haute précision, sa résistance à la corrosion et à la pollution, ainsi qu’à sa bonne stabilité, il est reconnu dans le monde entier comme l’instrument idéal pour mesurer les pressions de bas vide. L’entreprise américaine M.K.S est l’un des principaux fabricants mondiaux de transmetteurs de pression capacitifs, présente dans tous les domaines de l’industrie civile, et joue un rôle unique dans des industries telles que l’aérospatiale et nucléaire. Ce transmetteur de pression est conçu sur le principe selon lequel une membrane élastique génère une variation de pression sous l’effet d’une différence de pression, ce qui provoque une modification de la capacité. Il se compose d’une partie de détection et d’un circuit de conversion, comme le montre la figure 7-34. La partie de détection comprend deux chambres : une chambre à vide et une chambre de détection. La chambre à vide est de conception hermétique ; après avoir été testée et trouvée étanche par un détecteur de fuites à masse spectrométrique, elle est formée par une évacuation prolongée, puis le tuyau d’évacuation est scellé. Un agent dégazant est également fourni pour éliminer les gaz résiduels et maintenir ainsi un haut vide sur le long terme. Les plaques fixes se trouvent à l’intérieur de la chambre à vide, et leurs fils de connexion mènent à l’extérieur de la chambre. La membrane de détection est placée entre la chambre à vide à haut vide et la chambre de détection reliée au système à bas vide à tester ; cette membrane de détection constitue une plaque mobile qui, avec les plaques fixes, forme un condensateur plat ayant une capacité déterminée (J.). La pression de bas vide à mesurer pénètre dans la chambre de mesure par le trou de détection, ce qui provoque une flexion de la membrane de détection et modifie ainsi sa distance par rapport à la plaque fixe ; la valeur de la capacité change en conséquence. Différents niveaux de pression à bas vide déterminent différentes valeurs de capacité. Enfin, le signal capacitif est transmis à la partie de conversion du circuit, qui, par des opérations de transformation, de traitement et d’amplification, génère un signal de tension ou de courant standard, proportionnel à la pression sous vide. Ce type de transmetteur de pression permet une mesure de différence de pression à haute sensibilité, avec un point zéro stable. Il présente de bonnes caractéristiques de réponse dynamique et une grande adaptabilité, et est généralement adapté à la mesure des pressions statiques.