단결정 실리콘과 커패시티브 및 확산 실리콘 압력 변환기의 장단점

답변 내용은 바이두 백과사전의 ‘정전용량식 압력 변환기와 확산 실리콘 압력 변환기의 차이점’에서 가져왔습니다. 정전용량식 변환기에는 “δ” 챔버라고 불리는, 가변적인 정전용량을 가진 센서 부품이 있습니다.이 센서는 완전히 밀폐된 구성 요소입니다.공정 압력과 차압은 분리막과 충전된 실리콘 오일을 통해 센싱 막에 전달되어 변위를 유발하며, 센싱 막과 두 개의 커패시터 전극판 사이의 커패시턴스 차이는 전자 부품에 의해 (4~20)mA의 2선식 출력 전기 신호로 변환됩니다.전자 증폭 회로는 디모듈레이터, 오실레이터, 오실레이션 제어 증폭기, 전류 검출기, 전류 제어 증폭기, 전류 제한 컨트롤러, 기준 전압, 안정화 회로 등으로 구성됩니다.이들을 통해 커패시터 신호를 검출함으로써 발진 주파수를 제어한 뒤, 이를 전류로 변환하여 출력한다. 성능 장점 1. 매우 낮은 압력을 구현 가능 2. 과부하 저항력이 뛰어남 3. 정밀도가 높음 단점 고압 측정에서의 우위가 부족함 센서 패키징 공정에 높은 요구사항이 있음 작동 원리 작동 원리　이 계측기는 온도 센서를 통해 온도 신호를 전기 신호로 변환한 다음, 프리앰프가 이 전기 신호를 증폭하고 필터링하여 CPU의 A/D 변환 모듈로 보내어 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환합니다.마지막으로 CPU가 데이터를 처리하여 표시하고 PWM을 출력합니다. 측정 대상 매체 → 센서 → 전자 회로 → 출력 신호
측정 대상 매체의 압력이 센서의 세라믹/확산실리콘 멤브레인에 직접 작용하여, 멤브레인이 매체의 압력에 비례하는 미세한 변위를 일으킵니다. 정상적인 작동 상태에서는 멤브레인의 최대 변위가 0.025밀리미터를 넘지 않습니다. 전자 회로는 이러한 변위량을 감지한 후, 그 값을 해당 압력에 해당하는 표준 산업 측정 신호로 변환합니다.과압이 발생할 경우, 멤브레인은 단단한 세라믹 기판/확산 실리콘에 직접 접촉합니다. 멤브레인과 기판 사이의 간격이 0.1밀리미터에 불과하기 때문에, 과압이 가해져도 멤브레인의 최대 변위는 0.1밀리미터에 그칩니다. 이러한 구조 덕분에 멤브레인이 과도하게 변형되는 것을 방지할 수 있으며, 따라서 이 센서는 매우 우수한 안정성과 신뢰성을 가집니다. 확산실리콘 압력 변환기의 주요 특징 　　1. 높은 안정성 – 연간 오차율이 전체 범위의 0.1% 미만입니다. 　　2. 온도 오차가 적음 – 측정 소자 내의 매개액이 제거되었기 때문에, 센서는 매우 높은 측정 정밀도를 얻을 수 있습니다.
3. 신뢰성이 뛰어남 – 대규모 IC가 사용되므로 회로의 신뢰성이 높으며, 간섭에 대한 저항력도 강합니다. 　　4. 넓은 적용성 – 이 제품은 다양한 모델과 다양한 연결 방식을 가지고 있어, 산업용 측정에서 사용되는 다양한 매체에 적합합니다. 　　5. 설치 및 유지보수가 용이합니다. 제품의 구조가 합리적이어서 크기가 작고 무게도 가벼워, 원하는 곳 어디에나 쉽게 설치할 수 있습니다. 단점은 다음과 같습니다: 온도가 0℃ 미만이 되면 온도 안정성이 크게 저하됩니다. 동적 압력을 견딜 수 없으며, 멤브레인이 쉽게 손상됩니다.
**확산 실리콘 압력 변환기와 전하용량식 압력 변환기의 차이점**
1990년대 중반, 미국의 Icscnsor사와 Nova사는 실리콘 웨이퍼와 실리콘 칩이라는 두 가지 첨단 기술을 활용하여 새로운 형태의 확산 실리콘 압력 센서를 개발했습니다. 이를 통해 고정밀도, 낮은 반복성, 내부식성을 갖춘 확산 실리콘 압력 변환기가 탄생했습니다. 프로세스 압력은 절연 멤브레인과 밀봉된 실리콘 오일을 통해 확산 실리콘 멤브레인으로 전달되며, 동시에 기준점의 압력(대기압)은 멤브레인의 다른 쪽에 작용합니다.이렇게 막 양쪽의 압력 차이로 인해 압력장이 생겨나, 막의 일부가 압축됩니다.다른 부분의 신장에서는 압축 구역과 신장 구역에 각각 두 개의 스트레인 저항체가 있어, 압력으로 인한 저항값의 변화를 감지함으로써 압력 신호를 전기 신호로 변환합니다. 확산실리콘은 저온 영하에서나 고온 85℃ 이상에서는 정상적으로 사용하기 어렵으며, 20MPa 이상의 고압 환경에도 적합하지 않습니다. 전기용량 막식 압력 변환기, 전기용량 막식 절대압력 변환기는 1980년대에 처음 개발된 이후로 20년이 넘는 역사를 가지고 있습니다. 높은 정확도와 내식성, 내오염성, 그리고 우수한 안정성 덕분에, 국내외적으로 저진공 압력을 측정하는 데 이상적인 계측기로 인정받고 있습니다.미국의 M.K.S사는 전 세계적으로 정전용량식 압력 변환기를 생산하는 주요 기업으로, 민간 산업의 다양한 분야에 활용되며, 우주항공 산업이나 원자력 산업과 같은 **산업 분야에서도 중요한 역할을 하고 있습니다.이러한 압력 변환기는 탄성 막이 압력 차에 의해 변형되면서 전기용량이 변하는 원리를 이용하여 만들어집니다. 이 장치는 검출 부분과 변환 회로로 구성되어 있으며, 그 구조는 그림 7-34에 나와 있습니다. 검출 부분에는 진공 챔버와 검출 챔버라는 두 개의 챔버가 있습니다.진공 챔버는 완전 밀폐 구조이며, 질량분석식 누출 검사기를 통해 누출이 없음이 확인된 후, 장시간에 걸쳐 가스를 배출한 뒤 배기관을 밀봉하여 형성됩니다. 또한, 잔여 가스를 제거하기 위한 가스 제거제도 함께 제공되어 장기간 동안 고진공 상태를 유지할 수 있습니다. 고정 전극판은 진공 챔버 내에 위치하며, 전극판에서 나오는 선들은 챔버 밖으로 연결됩니다. 검출 막은 고진공 상태의 진공 챔버와 저진공 상태의 테스트 대상 시스템이 연결된 검출 챔버 사이에 위치하며, 이 검출 막은 움직일 수 있는 전극판 역할을 합니다. 이 검출 막과 고정 전극판은 함께 평판 커패시터를 형성하며, 일정한 용량을 가집니다(J.).측정 대상인 저진공 압력은 검출구를 통해 검출 챔버로 들어가며, 검출 막이 비틀리면서 고정 전극판과의 거리가 변하고, 그에 따라 정전용량도 변합니다.서로 다른 저진공 압력 값은 서로 다른 커패시턴스 값을 결정합니다.마지막으로 커패시터 신호는 회로 변환 부분으로 전달되며, 이 회로 변환 부분은 변환, 정리, 증폭 등의 과정을 거쳐 표준 전압 또는 전류 신호를 출력합니다. 이 신호는 진공 압력과 정비례합니다.이 유형의 압력 변환기는 고감도 차압 측정이 가능하며, 제로 포인트가 안정적입니다.동적 응답 특성이 우수하고 적응력이 강하여, 일반적으로 정압 측정에 사용됩니다.