陶瓷压力传感器工作原理、结构及分类

　　陶瓷压力传感器工作原理

　　抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥（闭桥），由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。

　　通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。

　　陶瓷压力传感器特点

　　坚固的陶瓷敏感膜片

　　零点、满量程激光标定

　　卓越的抗腐蚀、抗磨损性能

　　抗冲击、抗震动

　　高精度、高稳定性

　　宽的工作温度范围

　　体积小巧，易封装

　　最具竞争力的价格

　　陶瓷压力传感器技术参数

　　供电电压：5～30VDC

　　桥臂电阻：11k±20%

　　量程范围：100kPa～60Mpa

　　响应时间：《1mS

　　综合误差（包括：线性、迟滞、重复性）：0.2～0.4FS%

　　零点输出：0±0.2mV/V

　　满量程输出：2.0～4.8mV/V

　　温度特性（温补范围：0～70℃）：±0.015 %FS/℃

　　稳定性：《0.2%FSO/年

　　工作温度：-40～135℃

　　抗绝缘性：》2kV

　　陶瓷压力传感器的结构图

　　陶瓷压力传感器的基本结构包括：

　　一个足够厚和硬的基座，所以在外力的作用下，我们可以认为基座不会变形；

　　在上面覆盖有一层膜片，直径与传感器外围的尺寸基本一致。

　　在这两层之间，是一个用（红色）玻璃在高温下封装的空间，它将两层紧紧结合在一起。因此，机械

　　的夹紧和空间的封装是同时进行的。

　　当施加压力时，膜片的自由部分会弯曲，用玻璃封装的红色夹层不会移动。

　　膜片的形变会被 4 个压敏电阻感知，这些电阻共同组成惠斯通电桥。

　　膜片的外围直径比会基座的外围直径略小， 这样使得用玻璃封装过程中可能产生的不一致， 不会对传

　　感器封装到外壳中时产生问题。

　　陶瓷压力传感器结构组成

　　陶瓷压力传感器主要由瓷环、陶瓷膜片和陶瓷盖板三部分组成。陶瓷膜片作为感力弹性体，采用95%的AL2O3瓷精加工而成，要求平整、均匀、质密，其厚度与有效半径视设计量程而定。瓷环采用热压铸工艺高温烧制成型。陶瓷膜片与瓷环之间采用高温玻璃浆料，通过厚膜印刷、热烧成技术烧制在一起，形成周边固支的感力杯状弹性体，即在陶瓷的周边固支部分应形成无蠕变的刚性结构。在陶瓷膜片上表面，即瓷杯底部，用厚膜工艺技术做成传感器的电路。陶瓷盖板下部的圆形凹槽使盖板与膜片之间形成一定间隙，通过限位可防止膜片过载时因过度弯曲而破裂，形成对传感器的抗过载保护。

　　陶瓷压力传感器分类

　　陶瓷压力传感器的基材都是Al2O3陶瓷，根据实现的原理可以分为电容式压力传感器和压阻式压力传感器。

　　陶瓷电容式压力传感器

　　陶瓷基板与隔膜镀上金属作为电极使用。两种陶瓷部件通过玻璃密封连接在一起， 保持可控间隙，以便两个金属电极形成电容。如果施加压力，那么将改变基板与隔膜的间隙，从而改变传感元件的电容量，通过后续的处理电路形成压力相关信号输出。

　　由于陶瓷膜片边缘固定在陶瓷基座上，周边支撑，受力时中间形变大，边缘形变小，电容量产生非线性并使灵敏度降低。为了减少温度影响和边缘效应，设计时在陶瓷膜片上设置一圆形的单电极作为公共电极，陶瓷盖板上设置双电极并使面积相等，构成同轴环状的双电容传感器。中心为测量电容Cp， 边缘环形为参考电容Cr，Cr的外侧是固支边。后续的信号调理电路处理的是两电容的压差，利用方波激励信号把Cp和Cr的变化量分别转换为直流电压输出，通过两输出电压的差值信号来测量外加压力的大小。双电容结构大大减小了传感器系统的非线性误差，同时在环境温度变化时，由于两电容感受同一温度的变化，温度对它们产生的温度效应是一致的，这就抵消了温度变化带来的测量误差，实现温度自补偿的作用。

　　陶瓷压阻式压力传感器

　　压阻式压力传感器主要由瓷环、陶瓷膜片和陶瓷盖板三部分组成。陶瓷膜片作为感力弹性体，其上用厚膜工艺技术形成惠斯顿电桥作为传感器的电路，由于电阻的压阻（形变）效应，产生电压信号。

　　厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥（闭桥），当压力为零时，电桥处于平衡状态，输出端电压为零；当施加压力于电桥时，膜片产生形变导致电桥的四个电阻阻值发生变化，电桥处于不平衡状态，产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号。由于电阻的压阻（形变）效应，产生电压信号。标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。

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