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蓝宝石低温压力传感器的任务道理与长处

宣布时候:2020-9-11      宣布人:泽天传感      点击:

蓝宝石是Al₂O3的晶体布局,熔点到达2040℃,具备杰出的光学特征、绝缘性,在1500℃机会械机能杰出,是制备低温传感器的抱负资料。今朝基于蓝宝石的低温传感器首要有两大类,下面分类先容。

1、基于SOS(Silicon on Sapphire)布局的应变式压力传感器

蓝宝石低温压力传感器是一种应变电阻式任务道理,接纳硅-蓝宝石作为半导体压力敏感元件,具备较好的的计量特征。蓝宝石是由单晶体绝缘体元素组成,普通不会产生滞后、委靡和蠕变景象;蓝宝石比硅要坚忍,硬度更高,不怕形变;蓝宝石有着很是好的弹性和绝缘特征(1000℃之内),是以,操纵硅-蓝宝石建造的半导体压力敏感元件,对温度变更不敏感,即便在低温前提下,压力传感器也有着很好的任务特征;蓝宝石的抗辐射特征比拟好;别的,硅-蓝宝石半导体压力敏感元件,无p-n漂移,是以,从底子上简化了建造工艺,进步了反复性,确保了高制品率。

用硅-蓝宝石半导体敏感元件建造的低温压力传感器,可在最卑劣的任务前提下普通任务,并且靠得住性高、精度好、温度偏差极小、可是普通性价比不高。要出格指出的是,这类低温压力传感器普通须要从俄罗斯独家入口,在售后办事下面临必然的危险。

蓝宝石表压压力传感器由双膜片组成:钛合金丈量膜片和钛合金领受膜片。印刷有异质内涵性应变活络电桥电路的蓝宝石薄片,被焊接在钛合金丈量膜片上。被测压力传递到领受膜片上(领受膜片与丈量膜片之间用拉杆坚忍的毗连在一路)。在压力的感化下,钛合金领受膜片产生形变,该形变被硅-蓝宝石敏感元件感知后,其电桥输入会产生变更,变更的幅度与被测压力成反比。

蓝宝石低温压力传感器的电路可以或许保障应变电桥电路的供电,并将应变电桥的失衡旌旗灯号转换为产业规范的电旌旗灯号输入(比方4-20mA旌旗灯号)。在绝压压力传感器和变送器中,蓝宝石薄片,与陶瓷基极玻璃焊料毗连在一路,起到了弹性元件的感化,将被测压力转换为应变片形变,从而到达压力丈量的目标。

2、蓝宝石光纤式低温压力传感器

光纤式传感用具备丈量精度高、抗电磁搅扰、抗辐射、任务温度高、易组网、可实现多参量丈量等长处,合适操纵于燃气轮机、航空/航天发念头等低温卑劣情况,今朝已成为低温压力传感器的热点研讨标的目的,西欧国度在二十年前已起头研讨低温卑劣情况下的光纤压力传感手艺,首要有光棚光纤式和法布里-珀罗(Fabri-Perot)干与光纤式两种实现体例。光棚光纤式压力传感器活络度较低,合用于公路铁路宁静监测、桥梁地道宁静监测、煤油化工等高压丈量范畴。F-P干与光纤式低温压力传感器如图1所示。F-P干与测压道理如图所示,激光在经由过程F-P腔时构成多条反射光,操纵反射光干与特征反演获得腔长,再经由过程腔长与压力的干系实现压力丈量,经由过程调剂感压膜厚度能制备差别量程的压力传感器。

蓝宝石光纤式低温压力传感器

跟着蓝宝石微加工手艺的丰硕和成熟,基于全蓝宝石F-P腔的光纤传感器已成为低温传感器的一个主要研讨标的目的。位于英国牛津郡的Oxsensis公司从2005年起头研制基于法-珀腔干与道理的光纤式低温压力传感器(如图(b)所示),已从单一测压传感器产物成长到此刻多参数丈量体系,可同时丈量压力、温度、振动、流量等参数。该公司的温度、压力、振动产物的任务温度均到达1000℃,与阿尔斯通、西门子、斯奈克玛等燃气轮机厂商协作普遍。2015年Oxsensis还结合GE公司提出了基于超低温光纤传感器的紧缩机自动不变办理体系的研制打算,该体系包罗多少传感器及微履行器,突破了传统丈量体系只停止主动监测的场合排场。美国Virginia理工大学的Wang Anbo等人操纵蓝宝石的ICP干法刻蚀及蓝宝石的热压键合工艺,建造了全蓝宝石布局的F-P腔,如图(c)所示,封装实现的压力传感器如图(d)所示,该传感器的最高利用温度到达1500℃。别的,Florida大学Sheplak Mark课题组、美国Luna Innovation公司、欧洲航空局等研讨机构都展开了基于蓝宝石F-P腔超低温传感器的研讨,研讨内容集合于F-P腔的制备新方式、传感器的低应力封装和进一步进步传感器任务温度的方式。国际对于蓝宝石光纤压力传感器的研讨还较少,电子科技大学的饶云江课题组研制了传感器样机,但仅停止了常温压力测试,低温压力传感器样机还没有见报道。本文源自泽天传感,转载请保留。