Ventajas y desventajas del silicio monocristalino y de los transmisores de presión de tipo capacitivo y de silicio difundido
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Quienes tengan conocimiento sobre las ventajas y desventajas, así como las diferencias en el ámbito de aplicación de los transmisores de presión de silicio monocristalino y de tipo capacitivo o por difusión, por favor explíquenlo en detalle. Muchas gracias.
El contenido de la respuesta proviene de Baidu Baike: Diferencias entre los transmisores de presión capacitivos y los transmisores de presión de silicio difuso. Los transmisores capacitivos cuentan con un componente sensorial que consiste en una capacitancia variable, denominada “cámara δ”. Este sensor es un componente completamente cerrado. La presión del proceso y la diferencia de presión se transmiten a la membrana sensora a través de una membrana de aislamiento y del aceite de silicona que sirve como líquido de llenado; esto provoca un desplazamiento en la membrana sensora. La diferencia de capacitancia entre la membrana sensora y las dos placas capacitivas se convierte, mediante componentes electrónicos, en una señal eléctrica de salida de tipo 2 cables, con valores entre 4 y 20 mA. El circuito de amplificación electrónica está compuesto por un demodulador, un oscilador, un amplificador de control de oscilación, un detector de corriente, un amplificador de control de corriente, un controlador de limitación de corriente, una tensión de referencia y un regulador de voltaje, entre otros componentes. A través de ellos se detectan las señales de capacitancia, lo que permite controlar la frecuencia de oscilación; posteriormente, esta se convierte en una salida de corriente. **Rendimiento**
**Ventajas:**
1. Permite alcanzar presiones extremadamente bajas.
2. Tiene una gran capacidad de resistencia a las sobrecargas.
3. Ofrece alta precisión.
**Desventajas:**
No tiene ventajas en la medición de altas presiones. Requiere un proceso de encapsulación del sensor muy preciso.
**Principio de funcionamiento**
El instrumento convierte las señales de temperatura en señales eléctricas mediante sensores de temperatura. Luego, el amplificador previo amplifica y filtra estas señales eléctricas, para que sean enviadas al módulo de conversión A/D del CPU, donde se realiza la transformación de valores analógicos a digitales. Finalmente, la CPU procesa los datos y los muestra, además de generar una salida PWM. Medio a medir ---〉 Sensor ---〉 Circuito electrónico ---〉 Señal de salida. La presión del medio a medir actúa directamente sobre la membrana de cerámica o silicio difundido del sensor, lo que provoca un pequeño desplazamiento en dicha membrana, proporcional a la presión del medio. En condiciones normales de funcionamiento, el desplazamiento máximo de la membrana no supera los 0,025 milímetros. El circuito electrónico detecta este desplazamiento y lo convierte en una señal de medición industrial estándar correspondiente a esa presión. Cuando hay sobrepresión, la membrana se adhiere directamente al sustrato de cerámica/difusión de silicio. Dado que el espacio entre la membrana y el sustrato es de solo 0.1 milímetros, el desplazamiento máximo de la membrana en caso de sobrepresión es también de 0.1 milímetros. Por lo tanto, desde el punto de vista estructural, se garantiza que la membrana no sufra deformaciones excesivas. Este sensor cuenta con una gran estabilidad y fiabilidad. Características principales del transmisor de presión de silicio difuso: 1. Alta estabilidad: un error inferior al 0.1% del rango completo por año. 2. Pequeño desvío de temperatura: Al eliminar el líquido intermedio en los componentes de medición, el sensor logra no solo una alta precisión en las mediciones.
3. Buena fiabilidad: Gracias al uso de IC de gran escala, el circuito tiene una buena fiabilidad y una gran resistencia a las interferencias. 4. Amplia aplicabilidad: el producto cuenta con varios modelos y formas de conexión para diferentes procesos, lo que le permite adaptarse a diversos medios en las mediciones industriales. 5. Fácil instalación y mantenimiento: su estructura es racional, es de tamaño reducido y peso ligero, por lo que puede instalarse en cualquier lugar. Las desventajas son las siguientes: la estabilidad de la temperatura disminuye significativamente cuando la temperatura es inferior a 0°C. No pueden soportar presiones dinámicas, y las membranas son propensas a dañarse. Transmisores de presión de silicio difundido: diferencias entre los transmisores de presión de silicio difundido y los transmisores de presión capacitivos. A mediados de la década de 1990, las empresas estadounidenses Icscnsor y Nova utilizaron tecnologías avanzadas relacionadas con el silicio para fabricar nuevos sensores de presión de silicio difundido. Se desarrollaron así transmisores de presión de silicio difundido que ofrecían alta precisión, baja repetibilidad y resistencia a la corrosión. La presión del proceso se transmite a través de una membrana aislante y aceite de silicona sellado hasta la membrana de silicio difundido. Al mismo tiempo, la presión en el extremo de referencia (presión atmosférica) actúa sobre el otro extremo de la membrana. De esta manera, la diferencia de presión a ambos lados de la membrana genera un campo de presión que hace que una parte de la membrana se comprima. En la otra parte de estiramiento, existen dos resistencias de deformación en la zona de compresión y en la zona de estiramiento, respectivamente; estas resistencias sirven para detectar los cambios en su valor eléctrico causados por la presión, permitiendo así convertir la señal de presión en una señal eléctrica. El silicio difuso no puede funcionar adecuadamente a temperaturas por debajo de cero grados, ni a temperaturas superiores a 85 °C. Tampoco es adecuado para presiones superiores a 20 MPa. El transmisor de presión de tipo membrana capacitiva, o transmisor de presión absoluta de tipo membrana capacitiva, existe desde la década de 1980; ya han pasado más de 20 años desde su creación. Gracias a su alta precisión, resistencia a la corrosión y a la contaminación, además de su buena estabilidad, es considerado un instrumento ideal para medir presiones en condiciones de bajo vacío, tanto dentro como fuera del país. La empresa estadounidense M.K.S es uno de los principales fabricantes a nivel mundial de transmisores de presión de tipo capacitivo. Opera en diversos sectores de la industria civil, y desempeña un papel importante en industrias como la aeroespacial y la nuclear. Este transmisor de presión funciona según el principio de que una membrana elástica, sometida a una diferencia de presión, genera cambios en su capacitancia. Está compuesto por una parte de detección y un circuito de conversión, como se muestra en la figura 7-34. La parte de detección consta de dos cámaras: una cámara de vacío y una cámara de detección. La cámara de vacío tiene una estructura completamente sellada. Después de que se verifica su estanqueidad con un detector de fugas de masa, se procede a evacuarla durante un largo período de tiempo; finalmente, se sella el tubo de evacuación. Además, se utiliza un agente desgasificante para eliminar los gases residuales y así mantener un alto nivel de vacío. Las placas fijas se encuentran dentro de la cámara de vacío, y los cables que conectan estas placas salen hacia el exterior de la cámara. La membrana de detección se coloca entre la cámara de vacío de alto vacío y la cámara de detección conectada al sistema que se va a probar en condiciones de bajo vacío. La membrana de detección funciona como placa móvil; junto con las placas fijas, forma un condensador plano, el cual posee una cierta capacidad eléctrica (J.). La presión de bajo vacío que se desea medir entra en la cámara de medición a través del orificio de detección. Esto provoca que la membrana de detección se deforme, lo que a su vez cambia la distancia entre ella y la placa fija; como consecuencia, también cambia el valor de la capacitancia. Diferentes valores de presión de bajo vacío determinan diferentes valores de capacitancia. Finalmente, la señal del condensador es enviada a la sección de conversión del circuito. Esta sección procesa la señal del condensador mediante operaciones como la transformación, el ordenamiento y la amplificación, para así generar una señal de voltaje o corriente estándar. Dicha señal es directamente proporcional a la presión en vacío. Este tipo de transmisor de presión permite mediciones de diferencia de presión de alta sensibilidad, con un punto cero estable. Tiene buenas características de respuesta dinámica y una gran capacidad de adaptación; generalmente se utiliza para la medición de presiones estáticas.
**Ventajas:**
1. Permite alcanzar presiones extremadamente bajas.
2. Tiene una gran capacidad de resistencia a las sobrecargas.
3. Ofrece alta precisión.
**Desventajas:**
No tiene ventajas en la medición de altas presiones. Requiere un proceso de encapsulación del sensor muy preciso.
**Principio de funcionamiento**
El instrumento convierte las señales de temperatura en señales eléctricas mediante sensores de temperatura. Luego, el amplificador previo amplifica y filtra estas señales eléctricas, para que sean enviadas al módulo de conversión A/D del CPU, donde se realiza la transformación de valores analógicos a digitales. Finalmente, la CPU procesa los datos y los muestra, además de generar una salida PWM. Medio a medir ---〉 Sensor ---〉 Circuito electrónico ---〉 Señal de salida. La presión del medio a medir actúa directamente sobre la membrana de cerámica o silicio difundido del sensor, lo que provoca un pequeño desplazamiento en dicha membrana, proporcional a la presión del medio. En condiciones normales de funcionamiento, el desplazamiento máximo de la membrana no supera los 0,025 milímetros. El circuito electrónico detecta este desplazamiento y lo convierte en una señal de medición industrial estándar correspondiente a esa presión. Cuando hay sobrepresión, la membrana se adhiere directamente al sustrato de cerámica/difusión de silicio. Dado que el espacio entre la membrana y el sustrato es de solo 0.1 milímetros, el desplazamiento máximo de la membrana en caso de sobrepresión es también de 0.1 milímetros. Por lo tanto, desde el punto de vista estructural, se garantiza que la membrana no sufra deformaciones excesivas. Este sensor cuenta con una gran estabilidad y fiabilidad. Características principales del transmisor de presión de silicio difuso: 1. Alta estabilidad: un error inferior al 0.1% del rango completo por año. 2. Pequeño desvío de temperatura: Al eliminar el líquido intermedio en los componentes de medición, el sensor logra no solo una alta precisión en las mediciones.
3. Buena fiabilidad: Gracias al uso de IC de gran escala, el circuito tiene una buena fiabilidad y una gran resistencia a las interferencias. 4. Amplia aplicabilidad: el producto cuenta con varios modelos y formas de conexión para diferentes procesos, lo que le permite adaptarse a diversos medios en las mediciones industriales. 5. Fácil instalación y mantenimiento: su estructura es racional, es de tamaño reducido y peso ligero, por lo que puede instalarse en cualquier lugar. Las desventajas son las siguientes: la estabilidad de la temperatura disminuye significativamente cuando la temperatura es inferior a 0°C. No pueden soportar presiones dinámicas, y las membranas son propensas a dañarse. Transmisores de presión de silicio difundido: diferencias entre los transmisores de presión de silicio difundido y los transmisores de presión capacitivos. A mediados de la década de 1990, las empresas estadounidenses Icscnsor y Nova utilizaron tecnologías avanzadas relacionadas con el silicio para fabricar nuevos sensores de presión de silicio difundido. Se desarrollaron así transmisores de presión de silicio difundido que ofrecían alta precisión, baja repetibilidad y resistencia a la corrosión. La presión del proceso se transmite a través de una membrana aislante y aceite de silicona sellado hasta la membrana de silicio difundido. Al mismo tiempo, la presión en el extremo de referencia (presión atmosférica) actúa sobre el otro extremo de la membrana. De esta manera, la diferencia de presión a ambos lados de la membrana genera un campo de presión que hace que una parte de la membrana se comprima. En la otra parte de estiramiento, existen dos resistencias de deformación en la zona de compresión y en la zona de estiramiento, respectivamente; estas resistencias sirven para detectar los cambios en su valor eléctrico causados por la presión, permitiendo así convertir la señal de presión en una señal eléctrica. El silicio difuso no puede funcionar adecuadamente a temperaturas por debajo de cero grados, ni a temperaturas superiores a 85 °C. Tampoco es adecuado para presiones superiores a 20 MPa. El transmisor de presión de tipo membrana capacitiva, o transmisor de presión absoluta de tipo membrana capacitiva, existe desde la década de 1980; ya han pasado más de 20 años desde su creación. Gracias a su alta precisión, resistencia a la corrosión y a la contaminación, además de su buena estabilidad, es considerado un instrumento ideal para medir presiones en condiciones de bajo vacío, tanto dentro como fuera del país. La empresa estadounidense M.K.S es uno de los principales fabricantes a nivel mundial de transmisores de presión de tipo capacitivo. Opera en diversos sectores de la industria civil, y desempeña un papel importante en industrias como la aeroespacial y la nuclear. Este transmisor de presión funciona según el principio de que una membrana elástica, sometida a una diferencia de presión, genera cambios en su capacitancia. Está compuesto por una parte de detección y un circuito de conversión, como se muestra en la figura 7-34. La parte de detección consta de dos cámaras: una cámara de vacío y una cámara de detección. La cámara de vacío tiene una estructura completamente sellada. Después de que se verifica su estanqueidad con un detector de fugas de masa, se procede a evacuarla durante un largo período de tiempo; finalmente, se sella el tubo de evacuación. Además, se utiliza un agente desgasificante para eliminar los gases residuales y así mantener un alto nivel de vacío. Las placas fijas se encuentran dentro de la cámara de vacío, y los cables que conectan estas placas salen hacia el exterior de la cámara. La membrana de detección se coloca entre la cámara de vacío de alto vacío y la cámara de detección conectada al sistema que se va a probar en condiciones de bajo vacío. La membrana de detección funciona como placa móvil; junto con las placas fijas, forma un condensador plano, el cual posee una cierta capacidad eléctrica (J.). La presión de bajo vacío que se desea medir entra en la cámara de medición a través del orificio de detección. Esto provoca que la membrana de detección se deforme, lo que a su vez cambia la distancia entre ella y la placa fija; como consecuencia, también cambia el valor de la capacitancia. Diferentes valores de presión de bajo vacío determinan diferentes valores de capacitancia. Finalmente, la señal del condensador es enviada a la sección de conversión del circuito. Esta sección procesa la señal del condensador mediante operaciones como la transformación, el ordenamiento y la amplificación, para así generar una señal de voltaje o corriente estándar. Dicha señal es directamente proporcional a la presión en vacío. Este tipo de transmisor de presión permite mediciones de diferencia de presión de alta sensibilidad, con un punto cero estable. Tiene buenas características de respuesta dinámica y una gran capacidad de adaptación; generalmente se utiliza para la medición de presiones estáticas.