| 陶瓷厚膜压力变送器存在的精度问题以及改良方法 |
| 信息来源： 陶瓷厚膜压力变送器 | 2022-02-17 点击量： 2113 |
在工业过程控制、航空航天、汽车、兵器、环保、医疗卫生以及家用电器等各个领域中，各种传感器得到了广泛的应用，而压力传感器又是其中应用非常广、需求量非常大的品种。厚膜压力传感器采用AL2O3陶瓷作弹性体，并用厚膜工艺将应变电阻直接印刷、烧结在陶瓷弹性膜片上，这一好特的结构、工艺技术，使其具有耐高温、耐腐蚀、蠕变小、漂移小、成本低等优点。利用厚膜压力传感器的综合技术优势，可实现陶瓷厚膜压力变送器的高精度、智能化。
一、工作原理及功能特点
高精度智能型陶瓷厚膜压力变送器是利用陶瓷厚膜压力芯片作为压力敏感元件，并经特殊的封装结构和密封工艺设计、制造，主要由高精度陶瓷厚膜压力传感器* 包括温度传感器+ 和微处理器两部分组成。传感器用来测量压力P、温度T的变化。当作用于传感器时，引起传感器的电阻值相应地变化，由传感器芯片上的惠斯登电桥电路检出，并由A/D转换器转换成数字信号送入微处理器。温度传感器是辅助传感器，它可以用于补偿由于温度的变化经对测量结果的影响。微处理器是信号处理的核心部件，除协调变送器内部各部件执行操作外，还有线性运算、校正、温度补偿、故障诊断及通信功能。传感器数据存储器能够存贮修正系数和传感器组件的有关信息，这些数据均是在变送器调试时，由生产线上的计算机采集的，微处理器利用此存储器中的数据信息，并经计算处理，能产生一个高精度的特性优异的输出。
该压力变送器的主要特点是高精度、高可靠性、高稳定性、宽温度补偿、宽介质兼容性、宽量程范围和完善的自诊断功能、自校正功能，模拟、数字两种输出方式，双向数字通讯，高性能价格比、高安全性等。
二、厚膜压力传感器高精度化存在的问题
目前国内外厚膜压力传感器的精度一般都在0.5% -0.2%，工作温度-40°C 到 +110°C，其难以达到高精度的主要原因是目前设计、工艺、结构存在问题。
1、封装技术的局限。厚膜压力芯片目前通常采用橡胶、胶木垫片进行密封。橡胶、胶木垫片在高温条件下容易产生形变，而且是软密封，易造成传感器迟滞。迟滞增大，导致传感器精度难以进一步提高。
2、外引线键合技术的不足。现有厚膜压力芯片的外接线，通常采用铅锡焊，熔点一般在200℃~290℃，若作为高温传感器，长期在120℃温度下工作，此时铅锡焊的可靠性、稳定性往往会有较大。
3、应变电阻调阻工艺技术存在问题。目前国内厚膜压力芯片多采用砂轮、串并联等调阻方法，调阻工艺落后，精度低，稳定性差，而且砂轮对调阻的应变电阻电阻膜层有一定的损伤。
4、陶瓷弹性体材料问题。目前国内厚膜压力传感器用陶瓷弹性体，陶瓷弹性体既是传感器的压力转换材料，又是厚膜应变电阻的载体。其性能在很大程度上影响传感器的性能，需要高性能95%AL2O3瓷弹性材料配套。国内电子陶瓷企业目前大多以生产装置瓷为主，工艺水平落后，对密度、外形尺寸精度、一致性等要求不高，这在很大程度上影响了传感器的精度、可靠性，尤其瓷件中的气孔率对产品性能影响大。
三、改进措施
针对厚膜压力芯片中的问题和不足，为进一步提高厚膜压力芯片的精度、稳定性，研制高精度厚膜压力芯片，拟在以下4个方面进行设计、工艺技术的创新。
1、传感器新型固态封装技术。新型固态封装技术包括瓷件的金属化，金属化瓷件和电容式压力变送器的固态高温焊接技术和密封工艺技术。这样，从根本上取消橡胶、胶木垫片，实现厚膜压力芯片的固态封装，提高传感器精度、稳定性和可靠性，降低迟滞，克服垫片引起的对精度、迟滞的影响。
2、芯片外引线高温键合技术。采用高温压焊技术，实现芯片外引线的高温键合。研究采用新型外引线材料和易焊接厚膜导电材料，通过高温压焊，把外引线直接键合在导电膜层上，提高传感器的工作温度和可靠性、稳定性。
3、激光调阻技术。研究采用先进的激光调阻技术和合适的软件程序控制工艺，进行传感器应变电桥的调阻、配平和调零，提高传感器的精度、稳定性。
4、陶瓷弹性体材料的优化设计和加工技术。研究采用新型高性能95%ALO3陶瓷弹性材料，同时和相关企业合作，进行材料的优化设计，提高加工技术，保证弹性材料的致密度，外形尺寸一致性，为高精度厚膜压力芯片的研制配套。
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