陶瓷压阻式压力传感器的研制[1]

《陶瓷压阻式压力传感器的研制[1]》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、
1
99
9年第18卷第6期









传感器技术(JournalofTransducerTechnology)45陶瓷压阻式压力传感器的研制郭益平
石汝军
翟
鹏
郑丽娟(山东省硅酸盐研究设计院,淄博255086)摘
要
介绍了一种采用陶瓷基座、陶瓷膜片制备的压力传感器。它以陶瓷膜片为受载弹性体,利用厚膜电阻的压阻效应,以厚膜工艺技术制得性能优良,价格低廉的陶瓷压阻式压力传感器。使压力传感器的应用范围进一步拓宽。关键词
压力传感器
陶瓷
厚膜电阻
压阻效应StudyofCeramicPiezoresist

2、ivePressureTransducerGuoYiping
ShiRujun
ZaiPeng
ZhengLijuan(ShangdongInstituteofCeramicResearch&Design,Zibo255086)Abstract
ACeramicpiezoresistivepressuretransducerandamethodformakingitaredisclosed.Fourthickfilmresistorsarescreen-printedontoadeformableceramicdia

3、phragm,afterwhichtheyarepreferablyfired.Andthenthediaphragmismountedtoaceramicbaseplate,theresistorsareconnectedtocircuitryformeasuringchangesintheirrespectiveresistancesduetodeformationofthediaphragmbyanexternalfluidpressuretobemeasured.KeyWords
Pressuretransd

4、ucer
Ceramics
Thickfilmresistors
Piezoresistiveeffect0
前
言伴随着电子计算机技术的发展,人类已步入新的信息时代,传感器是自动化、智能设备的感官部件,在各行各业中都得到广泛的应用。压力传感器是目前应用最广泛的一类传感器,过去大部分采用应变计和半导体膜片制作,需要用有机胶将敏感元件粘接在应变膜片上。应变膜片一般是不锈钢、蒙代尔合金、哈氏合金或金属钽制造。但由于其膨胀系数与敏感元件相差较大,因此其温度稳定性较差,图1
膜片上的厚膜电阻[1,4]大大限制了其应用范围。本

5、实验利用我国现有的材料及工艺条件,设计制造了一种结构坚固、外形小、灵敏度高、热稳定性好、耐腐蚀的厚膜压阻式压力传感器。可用于石油、化工、冶金、机械、动力、汽车及国防、科研等部门,尤其适合于温度范围要求较宽(-40~125
)时作气体或液体压力测量使用,因此具有极大的推广价值。1
设计方案设计的陶瓷膜片及其采用丝网印刷工艺印制并图2
由厚膜电阻组成的惠斯顿电桥经过烧结的厚膜电阻示意图,如图1所示。其中厚瓷具有极好的抗腐蚀性能,所以任何流体都可被直膜电阻器R1,R2,R3,R4用Pd-Ag导电带组成惠接测量。在膜片背面,

6、丝网印刷厚膜电阻被连接成斯顿电桥,如图2所示。惠斯顿电桥,膜片通过无机气密封接材料固定到陶图3为厚膜补偿电路示意图,图4为所设计的瓷基座上。对绝对压力传感器,真空是在膜片和基陶瓷压阻式压力传感器的剖面图。座之间的内腔形成的,而对于相对压力传感器则在所测压力直接作用在陶瓷膜片前表面,因为陶基座平板上有一个大气压力通孔。另外该设计由于46



















传感器技术



















第18卷泊松系数;Ed,Er分别为膜片与电阻体的杨氏模量;h为膜片的厚度;r为电阻体所处位置的半

7、径。由上式可知,电桥在输入恒流源的作用下,从这个桥路输出的是与激励电压成正比的信号。而当桥路电阻不对称或压敏电阻的温度系数有差异时,就会出现桥路输出的零失调和热零点漂移。因此,必须要通过R6和R8调整零点,R5和R7调整热零点漂移,以得到输出电压与压力的线性关系。3
实验工艺过程图3
厚膜补偿电路陶瓷压阻式压力传感器的制备工艺见流程图5:图4
厚膜压阻式压力传感器剖面图采用平面密封,很容易封装,且不会泄漏,因此非常图5
陶瓷压阻式压力传感器的制备过程适合组装各种压力变送器和液位变送器。而且该设膜片与基座均采用微晶氧化

8、铝瓷制备,由于陶计还可根据不同的压力范围调整膜片的厚度,测试瓷是一种零力学滞后的刚性材料,用其制造力学传压力范围较宽。感器可克服材料的力学滞后造成的蠕变现象、响应2
工作原理速度慢等缺点。另外由于陶瓷材料耐高温、耐腐蚀,当测量介质(气体或液体)的压力作用于膜片因而可在恶劣环境条件下使用。时,使膜片产生偏移,正常偏移量在介质腔d以内,厚膜电阻的制