NovaSensor新推集成溫度和壓力背壓式絕壓傳感器 - PT1907氣液兼容...

2021-01-19 電子發燒友
NovaSensor新推集成溫度和壓力背壓式絕壓傳感器 - PT1907氣液兼容渾然天成

NovaSensor 發表於 2020-03-25 11:15:27

繼NovaSensor推出第一款基於背壓式傳感器P1905以來，背壓式結構的壓力傳感器以其獨特的構造，在保證產品的線性度、靈敏度、低遲滯及可靠性的前提下，給壓力傳感器提供了優異的介質兼容性。可在不使用常規凝膠，或者薄膜矽油隔離的情況下，傳感器可與被測負責氣液複雜介質直接接觸。這給產品的封裝結構設計帶來了變革，從而產品在汽車變速箱液壓控制等應用中被廣泛使用。

圖-1 背壓式PT1907絕壓傳感器

與一般的壓力傳感器相比，設計的改變並沒有改變產品的尺寸大小：

PT1907-1: 1.9mm*1.9mm*1.6mm (有玻璃基座，集成溫感二極體)

PT1907-2: 2.0mm*2.0mm*0.8mm (無玻璃基座，集成溫感二極體)

P1905: 1.93mm*1.93mm*1.64mm

P883:  2.1mm*2.1mm*2.0mm  

P1602: 1mm*1mm*0.6mm 

在測量差壓或者表壓時，有時候會將壓力傳感器敏感面的背面作為受力面。如果產品性能及工況允許，如很多款NovaSensor表壓或者差壓型的傳感器或者矽片，雖然不贊成，有時也可以這樣使用，不過輸出信號是相反的。但是當需要測量絕壓時，非背壓式的傳感器和綁定線就必須將受壓面直面測量介質，如圖-2所示，其中藍色部分為真空腔體。

比較兩種構造的絕對壓力傳感器使用方式： 

· 一般絕壓傳感器：由於綁定線及傳感器都處在被測量介質這一面，對於一般性的氣體壓力測量，幾乎毫無例外地需要在綁定線及矽片上覆蓋凝膠，即傳遞壓力，又保護傳感器及綁定線；遇到腐蝕性氣體或者液體，則必須使用矽油加不鏽鋼薄膜的方式進行保護。

· 背壓式絕壓傳感器：被測介質不再直接接觸綁定線及傳感器敏感面，而是通向介質的鈍面直接施壓。在鈍面是緻密的氮化矽及氧化矽，可以與當前絕大多數的介質接觸而無不良反應。因此，通過封裝設計可以避免使用以上介質隔離的方式而直接應用於測量。實踐證明，該類型的絕壓傳感器在汽車機油及液壓高溫複雜環境下完全可以勝任絕對壓力的測量。  PT1907內部壓力部分參數：

要在壓力檢測面上另加一個真空腔體結構，而不對傳感器形成長期穩定性的應力影響，需要克服難以想像的技術困難。ASTG（安費諾傳感器技術集團）旗下的NovaSensor利用其擅長的矽熔鍵合（SiliconFusion Bonding），深度反應式離子蝕刻技術（DRIE）及獨有的SenStable®技術，加上優異的設計，很好地解決了以上的難題。

表-1：PT1907壓力參數

PT1907內部測溫二極體部分參數：

在矽阻壓力傳感器的應用過程中，始終需要處理壓力校準和溫度補償的問題。無論是單獨設計的信號處理電路，還是調理晶片，其內部或者應用電路中，都應有一個溫度傳感器。

圖4：PT1907原理圖

當矽阻壓力傳感器，藉助MEMS技術中與IC生產相近的工藝部分，把二極體集成在矽片傳感器之上後，與之前的獨立於壓力傳感器的溫度傳感器比較，集成溫度二極體的壓力產品具有以下特點：

· 溫度參數更準確無遲滯地反映壓力傳感器的實際溫度；

· 無論對於產品壓力校準還是實際應用，具有更快的溫度響應時間特性；

· 提高了產品的測量響應特性，避免因為壓力信號測量與溫度測量之間存在遲滯而導致的測量不準；

· 更方便可靠地利用二極體前向電壓與溫度之間的關係進行測溫；

· 省卻額外的測溫器件，大大節省了設計空間；

PT1907就是這樣一款產品。內部原理圖簡化如圖-4（略去需與基底部分連接的焊盤）。二極體的極電流方程：

一般分析實驗都可獲悉，在一定溫度範圍內，公式（2）中，當二極體電流ID保持恆流作用下，二極體前向電壓值VD與當前的溫度基本呈線性關係。

表-2：PT1907溫感二極體參數

當前測壓溫補的驅動傳感器的兩個方案：

（1）獨立電路的信號放大處理

圖-5  恆流驅動二極體測溫電路示意

圖-6  壓力傳感器典型的差分放大電路示意圖

應用中，測溫和測壓兩個電路分別進行。當然，測溫電路(圖-5)中因為源極電壓VS已知，也可以單端處理Vd，且該電路可以通過調整共模電壓範圍再差分放大以期獲得更好的解析度。其中,測溫二極體的兩極前向電壓VF(T)和場效應管漏源極間電壓可以表示為：

（2）調理晶片（如ZDC31150）

圖-7  帶外部測溫二極體輸入的調理晶片

PT1907產品的典型應用：

· 該系列產品適用於多個壓力溫度測量應用領域

· 汽車各壓力控制系統

· 工業過程控制系統

· 航空航天

· 富挑戰性的氣液複雜介質、溫度測量應用

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