Емкостные датчики давления

Емкостные датчики давления реализуются на основе кремниевых диафрагм. В таких датчиках перемещение диафрагмы относительно опорной пластины меняет емкость между ними. Емкостные датчики работают наиболее эффективно при невысоких давлениях.

Монолитные емкостные датчики давления, изготовленные из кремниевых кристаллов, обладают максимальной стабильностью рабочих характеристик. Перемещение диафрагмы может обеспечить 25% изменение емкости в широком диапазоне значений, что делает возможным проведение прямой оцифровки результатов измерений.

Рис. 6.6 Емкостный датчик давления:

1 — капилляр; 2, 3 — мембрана; 4, 5 — основание; 6 —изолятор, 7 — конус (обкладка конденсатора); 8 — обкладка конденсатора, 9 — прокладка; 10 — подмембранная камера

6.3 Тензорезистивные датчики давления

В состав датчиков такого типа входят два компонента: пластина известной площади и детектор, выходной сигнал которого пропорционален приложенной силе.

Датчик давления с кремниевой диафрагмой состоит из самой диафрагмы и встроенных в нее диффузионным методом пьезорезистивных преобразователей. Так как монокристаллический кремний обладает очень хорошими характеристиками упругости, в таком датчике отсутствует ползучесть и гистерезис даже при высоком давлении.

Коэффициент тензочувствительности кремния во много раз превышает аналогичный коэффициент тонкого металлического проводника. Обычно тензорезисторы включаются по схеме моста Уитстона.

Максимальное выходное напряжение таких датчиков обычно составляет несколько сот милливольт, поэтому на их выходе ставятся усилители сигналов. Кремниевые резисторы обладают довольно сильной температурной чувствительностью, поэтому всегда при разработке датчиков на их основе необходимо предусматривать цепи температурной компенсации.

Рис. 6.7 Тензорезистивный датчик давления на кремниевой диафрагме.

Рис. 6.8 Тензорезистивный датчик разности давлений:

1 - корпус; 2 - электрические выводы, 3 - контактные проводники; 4 - кремниевый чувствительный элемент; 5 - тензорезисторы, 6 - область соединения кристалла и подложки; 7 – термокомпенснрующая подложка; 8 - область соединения подложки и корпуса; 9 - подмембранная полость, 10 - отверстие в подложке; 11 - защитный гель

Рис. 6.9 Примеры конструктивного исполнения тензорезистивных датчиков давления.