2008 十一月

防环境媒介压力变送器

紧凑、坚固、高灵敏度

压力传感器受到越来越严格的要求。这要求传感器同时具有小型化的体积、坚固的外壳、更广的温度范围和高测量精度。爱普科斯集团的子公司Aktiv Sensor采用新的封装概念,已经开发出高度坚固的压力传感器。这类传感器工作范围介于100 mbar至25 bar,并且可在-40℃至+140℃的更广的温度范围内使用,且精确度高于1%(全范围)。图1显示的是包括评估电路在内的电路图。


 图1:压力变送器的示意结构

媒介隔离压力变送器信号处理链和系统的极限

传感器的结构


通过调偏由掺杂压阻电阻器组成的惠斯通电桥,测量的压力被转换为压阻传感元件中的电信号。作为由单晶硅制成的微系统元件,压阻压力传感器具有长期的高稳定性,而这正是工业应用要求的重要标准。


为保证机械退耦,硅传感元件被安装在具有特殊外形的硅基材上,该基材由粘性弹性封条与传感器封装作机械隔离。


传统压阻硅测量元件的缺点之一是其对各种媒介的抵抗性较差。为了大幅度地提高抵抗性,要测量的压力不直接被传送到元件,而是先经过耦合媒介。惰性、高绝缘液体,如硅油或纯净自然油,是食品行业应用合适的媒介。它们可以保证对传感元件的长期保护。测量和耦合媒介由一层金属薄膜隔离。这样可以抵消由封装内填充媒介的温度变化引起的体积变化,并允许输入和传送压力。


创新的传感器包装由多层陶瓷(LTCC或HTCC)制成。这样,整个信号处理电路的电气互连都可以合并在陶瓷层中。测量信号由信号传感器放大,该传感器通过单独编程补偿静态传感器故障。压力变送器的输出信号与标准化的界面一致,变化范围介于0.5 V至4.5 V。这样可以保证向信号处理单元的传送具有足够的抗干扰性。无需使用其它信号处理电路板。图2显示的是具有所有压力测量和信号处理所需元件的OEM传感元件。

 图2:未包装的压力传送器
OEM压力变送器将压力转换为有温度补偿的模拟输出信号。小型化的尺寸使其可以直接靠近测量。

该设计的优点是其体积小于3cm³。尤其是该解决方案使基于单芯片传送元件的小型化和媒介隔离差分压力测量成为可能。该压力变送器可用于任何能够将其集成在高水平系统中的应用,这样的系统应足以保护变送器不受外部影响。将媒介运送至压力输入线的部分由不锈钢制成,保证对侵蚀性媒介具有高抵抗性。根据压力范围和结合场所,工艺连接件可以是O形环、管件或螺丝。其应用包括用多传感器系统测量污水的压力。

作为独立测量系统的已封装压力变送器


如果将压力变送器用作独立测量系统,必须保护其免受外部环境影响,如在其结合处附件的灰尘和水雾。这一点是通过使用在大多数应用中都具有良好的媒介抵抗性和充分的温度稳定性的塑料封装实现的。该封装及其压力端子、连接器和安装零件都适合客户定制(图3)。对于要求极高的应用,还可以提供不锈钢封装版本。应用包括测量差压、监测腐蚀性气体滤波器和测量冷却剂压力。


 图3:用于差压测量的完整传感器系统
已封装的传感器系统可免受严苛环境影响。封装及其压力端子、连接器和安装零件都可以定制。

作者:Christian Wohlgemuth博士,爱普科斯子公司Aktiv Sensor压力传感器产品开发

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