压力传感器的精密测量能力源于其内部结构的协同运作。本文将从核心元件弹性薄膜的形变机制出发,解析应变片如何将机械应力转化为电信号,并介绍关键封装工艺对稳定性的保障。
弹性薄膜:压力的第一道接收器
不锈钢或陶瓷薄膜是压力传递的核心载体。当外部压力作用于薄膜表面时,会产生微米级形变,形变量与压力值呈正相关关系。
薄膜厚度通常在0.05-0.5mm之间(来源:IEEE传感器期刊),过薄可能导致破裂,过厚则降低灵敏度。航空级铝合金薄膜兼具高强度与弹性,适用于高压环境。
制造工艺需控制三点:
– 表面平整度误差≤1μm
– 热处理消除残余应力
– 边缘强化处理防疲劳断裂
应变片:形变信号的翻译官
电阻应变原理
贴附于薄膜的金属或半导体应变片通过压阻效应工作。当薄膜形变导致应变片被拉伸或压缩时,其内部晶格结构变化引发电阻值改变。
金属应变片常用康铜合金,电阻变化率约2%;半导体硅应变片灵敏度可提升50倍(来源:《传感器与微系统》),但温度稳定性较差。
惠斯通电桥电路
四组应变片构成全桥电路:
– 两片承受拉伸应力
– 两片承受压缩应力
– 输出电压差ΔV∝压力变化
此设计自动补偿温度漂移,将微弱的电阻变化放大为可测电压信号。
封装工艺:稳定性的守护者
介质隔离技术
316L不锈钢壳体内部填充硅油,通过柔性隔离膜传递压力。该设计实现三个关键防护:
– 防止腐蚀性介质直接接触敏感元件
– 缓冲压力冲击峰值
– 均衡温度梯度应力
信号处理模块
微型ASIC芯片完成核心校准:
– 非线性补偿(±0.1%FS)
– 温度漂移校正(±0.02%/℃)
– 输出信号标准化(4-20mA/0-5V)