【WA52】毕业论文_智能化扩散硅压力传感变送器的研制文档 ㊣ 精品文档 值得下载

式压力传感器简介压阻式压力传感器的结构压阻式压力传感器的发展扩散硅压力传感器的应用扩散硅压力传感器的特点扩散硅压力传感器的发展趋势本课题所完成的任务扩散硅压力传感变送器的原理压阻式压力传感器的机械原理压阻式压力传感器的工作原理扩散硅压力传感器的温度补偿原理对扩散硅压力传感器进行温度补偿的意义零点温度漂移及其补偿零点温度漂移产生的原因零点温度漂移的补偿灵敏度温度系数及其补偿灵敏度漂移产生的原因灵敏度漂移补偿措施山东建筑大学毕业论文零位温度系数及其补偿扩散硅压力变送器整体方案设计与计算电源电路传感器供电电路信号处理供电电路信号处理电路电路工作原理滤波电路设计调零和调满电路设计电压电流转换两线制输出整机测量与误差分析最小系统及数据采集通信系统设计系统硬件设计系统软件设计总结谢辞参考文献附录山东建筑大学毕业论文摘要本文介绍了智能化扩散硅压力传感变送器的研制。

智能压力传感变送器的核心部件压力传感器是利用单晶硅的压阻效应集压力敏感转换于体，在单晶硅膜片上扩散个惠斯登应变电桥。

惠斯登电桥检测出电阻值的变化，经过差分归化放大器，输出放大器放大后，再经过电压电流的转换，变换成相应的电流信号，该电流信号通过非线性校正环路的补偿，即产生了与输入电压成线性对应关系的的标准输出信号。

结合低功耗高性能单片机实现被测参量误差补偿及对传感系统的远程校准及与上位机的数据通信，并使整个测量传感系统具有体积小，重量轻，测量精度高，安装方便，长期稳定度好等优点。

关键词智能化扩散硅压力传感器二线制变送器补偿山东建筑大学毕业论文山东建筑大学毕业论文前言压力传感器的国内外发展现状在工业生产过程中，温度流量压力位移是最常见的工业参数，其中压力参数的检测显得尤为重要，应用最为面广量大。

据日本电气计测器工业协会对过程传感器温度流量压力位移密度等的生产和销售进行的统计，压力类传感器占整个过程传感器的三分之，而且其比例还在继续加大，以此为基础的压力类测量及变送仪表也在过程控制系统中占有很高的比例。

它们在石油化工火电厂冶金等工业部门得到了广泛的应用。

在年，美国公司推出了全世界第台智能化现场仪表系列，同时日本的公司推出智能压力传感器，研制出压阻式多功能传感器，用微处理器及软件补偿，提高了测量精度，减小了温漂，并且有故障自我诊断和数字通讯遥控调整功能。

年，美国公司又推出了系列智能压力传感器，它是在系列的基础上增加了较完善的自诊断功能，双向通讯功能。

在此期间美国公司推出了协议，寻址远程传感器数据线，德国公司推出协议。

同期公司公司公司也推出了功能类似的工业级产品，其中部分产品由当时的中国电子器材总公司引进国内，曾应用在些重要的部门。

这时，军事领域开始装备智能传感器。

年以后，智能压力传感器特别是智能差压传感器得到了较快的发展，以美国公司为代表的西方国家不但开发了全数字技术和远程组态系统，而且推出了多种型号的现场控制系统。

年代后，我国将传感器的研究放在重要位置上并取得了显著成果，年，河北工业大学研制了型智能压力传感器，它可长期稳定地工作在环境温度变化较为频繁的场所年，西安交通大学电子信息工程学院综合自动化研究所为三峡工程研制了体积小于国内电流电压输出型固态压力传感器，并且有防水防尘和抗震能力的智能压力传感器年，哈尔滨工业大学微电子教研室研制了在压力传感器芯片上集成温度敏感元件制成的压力温度多功能传感器，并赋予智能化，可实现大温度范围内的全量程压力信号的温度补偿年湖南长沙索普测控技术有限公司研制的纳米压力传感器获成功，产品整体性能超过美国超微传感器，实现了传感器在高温高压等恶劣环境下的长期稳定性和可靠性，提高了传感器精度等级温度特性等各方面性能指标。

年耐高温压力传山东建筑大学毕业论文感器经过年攻关在西安交大研制成功，该硅隔离耐高温微型压力传感器能在环境下进行压力测量，可完成以下任意量程范围的压力测量，能承受瞬时高温冲击，性能指标达到国际先进水平。

虽然在些方面己赶上或者接近世界先进水平。

但是从总体来看，我国的传感器技术的研究和生产还比较落后，与国外有较大差距目前的传感器，无论在数量质量和功能上，还远远不适应社会多方面发展的需要。

主要是品种不全，产量过低，工作温度范围较小，长期稳定性与可靠性较差，集成度不高。

随着国内市场需求量越来越大，大量压力传感器需要进口，特别是高精度产品。

压阻式压力传感器简介压阻式压力传感器的结构压阻式压力传感器采用集成工艺将电阻条集成在单晶硅膜片上，制成硅压阻芯片，并将此芯片的周边固定封装于外壳之内，引出电极引线。

压阻式压力传感器又称为固态压力传感器，它不同于粘贴式应变计需通过弹性敏感元件间接感受外力，而是直接通过硅膜片感受被测压力的。

硅膜片的面是与被测压力连通的高压腔，另面是与大气连通的低压腔。

硅膜片般设计成周边固支的圆形，直径与厚度比约为。

在圆形硅膜片型定域扩散条杂质电阻条，并接成全桥，其中两条位于压应力区，另两条处于拉应力区，相对于膜片中心对称。

硅柱形敏感元件也是在硅柱面晶面的定方向上扩散制作电阻条，两条受拉应力的电阻条与另两条受压应力的电阻条构成全桥。

压阻式压力传感器的发展硅的压阻效应是年由首先发现，年贝尔实验室研制出硅力敏电阻，此后压阻传感器开始问世。

压阻效应沿块半导体的轴向施加压力使其变形时，它的电阻率会发生显著变化，这种现象称为半导体的压阻效应。

利用半导体材料的压阻效应制成的传感器称为压阻式传感器。

目前使用最多的是单晶硅半导体。

压阻压力传感器是目前应用最广泛的压力传感器之，压阻式压力传感器是利用半导体材料硅的压阻效应制成的传感器。

单晶硅不仅是最广泛使用的半导体材料，也是力学性能十分优良的弹性材料。

硅材料的单晶结构使压阻式压力传感器的迟滞极小，重复性极好硅的压阻系数较大，使用温度范围较宽。

这类传感器随着硅集成电路平面工艺的完善而得到高度的发展，现在已经广泛用作高灵敏山东建筑大学毕业论文度，高精度的微型真空计，绝对压力计，流速计，流量计，声传感器，气动过程控制器等。

早期的压阻式压力传感器是利用半导体应变片制成的粘贴型压阻传感器，它的传感器元件是用半导体材料体电阻制成的粘贴式应变片世纪年代以后，压阻式压力传感器发展成为在硅片的应变敏感部位扩散出阻值相同的条，在压力作用于其上时，硅膜片产生应变，从而使电阻条变形输出个与压力呈正比的线性化电压信号，称为扩散硅式压力传感器。

由于四差动臂惠斯登电桥具有最高的灵敏度，最好的温度补偿性能和最高的输出线性度，因此，在压力测量中，电阻条通常连接成等臂等电阻应变率的四差动臂惠斯登电桥。

由于压力的原因，硅晶体的电阻发生变化，变化的大小与受到的压力大小有关，同时与材料本身的压阻系数有关。

影响压阻系数最主要因素是环境温度和扩散杂质的表面浓度。

压阻系数随扩散杂质浓度的增加而减小。

表面杂质浓度低时，压阻系数随温度升高而下降较快，提高表面杂质浓度，压阻系数随温度升高而下降变慢。

扩散硅压力传感器的应用由于扩散硅压阻传感器自身特点，其应用领域开辟了广阔的道路。

新型智能式传感器的发展及应用将导致面向过程检测和控制技术产生新的突破。

在我国压阻传感技术的研制和生产已得到迅猛发展，传感技术早己渗透到工业生产，军事国防，宇宙探测，海洋开发，环境保护，资源调查，医学诊断，生物工程，文物保护，安全防范，家用电器等极其广泛的领域。

因此，从茫茫太空到浩瀚的海洋，从各种复杂工程系统到日常生活的衣食住行，几乎每个领域都离不开各种各样的传感器。

可以毫不夸张地说，新世纪的社会，将是充满传感器的社会。

在航天和航空工业中压力是个关键参数，对静态和动态压力，局部压力和整个压力场的测量都要求有很高的精度。

压阻式传感器是用于这方面的较理想的传感器。

例如，用于测量直升飞机机翼的气流压力分布，测试发动机进气口的动态畸变叶栅的脉动压力和机翼的抖动等。

在飞机喷气发动机中心压力的测量中，使用专门设计的硅压力传感器，其工作温度达以上。

在波音客机的大气数据测量系统中采用了精度高达的配套硅压力传感器。

在尺寸缩小的风洞模型试验中，压阻式传感器能密集安装在风洞进口处和发动机进气管道模型中。

单个传感器直径仅毫米，固有频率高达千赫，非线性和滞后均为全量程的。

在生物医学方面，压阻式传感器也是理想的检测工具。

已制成薄到微米的扩散硅膜，外径仅毫山东建筑大学毕业论文米的注射针型压阻式压力传感器和能测量心血管颅内尿道子宫和眼球内压力的传感器。

压阻式传感器还有效地应用于爆炸压力和冲击波的测量，真空测量，监测和控制汽车发动机的性能以及诸如测量枪炮膛内压力发射冲击波等兵器方面的测量。

此外，在油井压力测量随钻测向和测位地下密封电缆故障点的检测以及流量和液位测量等方面都广泛应用压阻式传感器。

随着微电子技术和计算机的进步发展，压阻式传感器的应用还将迅速发展。

扩散硅压力传感器的特点扩散硅传感器与其它类型的传感器相比有许多优点灵敏度高扩散硅敏感电阻的灵敏因子比金属应变片高倍，它的满量程信号输出在左右。

对接口电路适配性好，应用成本相应较低。

由于它输入激励电压低，输出信号大，且无机械动件损耗，因而分辨率极高。

精度高扩散硅压力传感器的感受敏感转换和检测三位体，无机械动件连接转换环节，所以不重复性和迟滞误差很小。

由于硅材料的刚性好，形变小，因而传感器的线性也非常好，因此综合表态精度很高。

可靠性高扩散硅敏感膜片的弹性形变量在微应变数量级，膜片最大位移量在几微米数量级，且无机械磨损，无疲劳，无老化。

平均无故障时间长，性能稳定，可靠性高。

频响高由于敏感膜片硅材料的本身固有频率高，般在。

制造过程采用了集成工艺，膜片的有效面积可以很小，配以刚性结构前置安装特殊设计，使传感器频率响应很高，使用带宽可达零频至。

抗电击穿性能好由于采用了特殊材料和装配工艺，扩