I. Вступ
У сфері управління промисловими процесами вимірювання тиску/перепаду тиску є ключовим елементом для забезпечення безпеки виробництва та стабільності роботи. Традиційні металеві ємнісні або п’єзорезистивні кремнієві датчики схильні до втоми діафрагми, дрейфу нуля та навіть пошкодження конструкції в екстремальних умовах експлуатації, що ускладнює виконання вимог складних сценаріїв, пов’язаних із високим перевантаженням і сильним ударом. Завдяки високому захисту від перевантаження та відмінній механічній стабільності, монокремнійДатчики тискустали найкращим вимірювальним рішенням у таких галузях, як нафтохімія, електроенергетика та металургія. У цій статті буде систематично розглянуто технічні переваги та цінність застосування монокремнієвих датчиків високого перевантаження, поєднуючи структурні принципи з практичними промисловими сценаріями.
II. Структурні принципи монокремнієвих датчиків високого перевантаження
2.1 Основна структура та механізм захисту від перевантаження
Монокремній з високим перевантаженнямДатчики тискузастосувати багатошарову захисну конструкцію, що складається з подвійних ізоляційних діафрагм, центральної діафрагми та маслонаповненої трансмісії тиску. Основний принцип показаний на малюнку:
- Шлях передачі тиску:Середній тиск на стороні високого-тиску/низького{1}}тиску діє на ізоляційну діафрагму. Тиск рівномірно передається на гофровану центральну діафрагму через заповнене всередині силіконове масло, а потім по каналу мастила до верхнього монокремнієвого чіпа. Нарешті, чіп перетворює різницю тиску в вихідний електричний сигнал.
Механізм захисту від високого перевантаження:
- Обмеження захисту:Центральна діафрагма виготовлена зі спеціального матеріалу. Під тиском перевантаження (наприклад, надмірний тиск, удар гідроудару) він може деформуватися, запобігаючи передачі тиску на мікросхему, тим самим захищаючи її.
- Буферизація ізоляції:Дві ізоляційні діафрагми служать першою лінією захисту. Працюючи в поєднанні з центральною діафрагмою, вони можуть витримувати миттєві удари високого-тиску. Коли ізоляційна діафрагма контактує з підкладкою, а центральна діафрагма одночасно деформується, це запобігає подальшій передачі тиску на мікросхему. Ізоляційні діафрагми також ізолюють середовище від основного чутливого елемента.
- Масло{0}}вирівнювання тиску:Силіконова олія діє як середовище передачі тиску, рівномірно розподіляючи тиск, уникаючи локальної концентрації напруги та додатково підвищуючи ударостійкість.
2.2 Механічні переваги монокремнієвого матеріалу
Монокремнієвий матеріал забезпечує надзвичайно низький гістерезис, над-високу межу еластичності та довго-стабільність:
- Стабільний модуль пружності, практично без зміни механічних характеристик у широкому діапазоні температур від -40 градусів до 125 градусів.
- Межа текучості значно вища, ніж у традиційних металевих матеріалів, здатна витримувати тиск перевантаження, який у декілька разів перевищує діапазон вимірювань, без пластичної деформації.
- Уніфікована кристалічна структура забезпечує лінійність і повторюваність перетворення тиску-в-електричний сигнал.
