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拉压力传感器使用知识

2009-03-10

 

压力传感器使用知识
传感器在使用过程中,正确的使用方法对提高传感器的可靠性和稳定性有着密切的关系。要作到正确的使用传感器,就必须在使用时对传感器的以下方面有一个正确的认识。
1封装
压力传感器顾名思义是用作压力的测量,对压力有很高的灵敏度,不同的封装形式会对传感器产生不同的应力影响,大小不同的应力会造成传感器的不同的漂移特性。
传感器从结构上来讲重要分以下三种:隔离膜压力传感器、TO封装压力传感器、塑封型压力传感器元件。
1.1 隔离膜压力传感器
SENSYM/ICT19/13系列隔离膜充油芯体是世界上使用zui为广泛的一种OEM压力传感器,它的量程范围宽(5KPa~100MPa)、测量介质种类多。极大的方便了用户。作为OEM产品,其多样的再封装性极大的方便了客户制造各种的压力接口。怎么样再封装是一种合理的封装形式,在这里我们对以下三种封装形式进行分析。
端口平面密封的封装形式(见图1
    
这种密封方式是在传感器前端膜片焊接环的端面放置橡胶O型圈,利用后部的锁紧环将传感器紧压在O型圈上而起到密封的作用。这种封装形式局限性很大,由于锁紧环施加在传感器上的压力很强,使其收到较大的应力,而将应力完全的释放掉,工艺过程是很烦琐的,所以这种再封装形式是不推荐客户使用的,如果一定要用,则尽量在量程大于300psi的范围内使用。用这种封装形式来检验传感器的各项指标,一般都不会得到生产厂家认可。
1.1.1        侧密封的封装形式(见图二)
这种密封方式是在传感器侧面中部放置橡胶O型圈,利用O型圈在封装壳体内腔壁的形变而起到密封的作用。这种封装形式优势很大,由于O型圈在封装壳体内腔壁的形变得到了极好的控制而使施加在传感器上的应力极小到可以忽略的程度,而传感器在内腔的轴向上又有微小的运动空间,是无应力施加在传感器上的。因此这种安装方式又称为悬浮式封装形式,它的优点是保证芯体有微小的径向和轴向运动,以保证因装配而引起的机械应力不传递给芯体。这种安装方式适用于全量程的隔离膜压力传感器。我们推荐客户使用这种传感器的封装形式。
图三是关于SENSYM/ICT 19/13 系列传感器的封装壳体内腔尺
寸图。19/13系列安装基座孔径尺寸分别为:&19+0.08+0.04&12.7+0.03+0.00,在这两孔的上端设计一个258左右的R倒角,在装配芯体时,再在芯体的O型圈上涂适量的
变压器油,就会很容易地把芯体推进基座孔内。
此外,在封装压力传感器时应注意以下5项:
1、      安装芯体时,要特别注意不得触摸芯体的膜片,避免造成传感器性能参数的偏移、传感器的失效。
2、      不能挤压芯体上的陶瓷线路板,或在壳体内填充随外界环境(如温度等)影响体积增大的物质,以避免陶瓷厚膜电路的损坏。
3、   不能将芯体的引线和引脚反复来回扳动,更不能用力拉扯,以避免传感器管脚断裂或管脚的松脱。
4、      传感器往基座内推装时,若推进费力或难以推进时,应立即停止,决不能强行再推,以避免损坏传感器。
5、    芯体应注意避免碰、摔、磕。
 
1.1.2        焊接式封装形式(见图四)
随着传感器生产设备的发展和普及,越来越多的生产厂家采用了焊接的方式来封装隔离膜压力传感器。由于半导体材料的原因,焊接后部件的温度一般不要超过125,zui高控制在150以内,这就加强了对设备的要求。一般可用于传感器再封装的焊接设备有(专用)亚弧焊机、激光焊机和电子束焊机,它们都可以将焊接部件的温度控制在我们的要求以内。这种封装方式使传感器的适用介质范围大大增加,并减小了泄露的可能性,但是它对焊接材料不锈钢也有相当的要求,当不锈钢材料质量较低时会影响焊接的质量,降低焊接强度,形成压力管涌口而造成泄露。
1.2 TO封装压力传感器
       TO型封装传感器是一种简易的压力敏感元器件,其传感器芯片上有一层硅凝胶在外界裸露,粘在TO-8管座上被一金属导气帽包围着,其zui大压力量程为150psi。其封装形式可分为以下两种:
1.2.1 直插式
其封装形式为印刷电路板安装形式,气路连接用一塑料软管插上即可,量程大一些的可用尼龙卡将软管卡住,以保证传感器压力连接的可靠性。
1.2.2 O型圈密封式
       图五为此密封方式的示意图,这种密封方式和图一有相似的地方,但在引入的应力上二者有明显的区别,TO封装的传感器使用这种封装时应力是可以忽略的。
1.3 塑封型压力传感器
       SENSYM/ICT公司的塑封型压力传感器有代表性的可以分为以下四大种:P型封装压力传感器、A2封装压力传感器、N型封装压力传感器、D4型封装压力传感器。具体的封装方式可以从以上两种产品的封装方法稍加改变得到。
1.4 总结
       1.4.1 客户对传感器的再封装应充分考虑的传感器原有的封装类型,在满足其压力量程的条件下应尽量小的引入装配应力。
       1.4.2 对有参考压力端口的传感器应注意封装时不要将其封闭住。
绝缘性
       对与压阻式压力传感器而言,绝缘性的测试的仪器是非常重要的,传感器绝缘性的测试条件为50V,zui小绝缘电阻100MΩ,有许多顾客使用100V,甚至于500V的绝缘测试仪表来测试,传感器会因为高电压而被击穿,造成传感器的损坏。
       注意:严格禁止使用高于50VDC的绝缘测试仪测试扩散硅压阻式压力传感器。
3 电源激励
       传感器的供电电源分为恒流源和恒压源两种,每一种产品在使用说明上均有供电类型和zui大供电值,传感器在使用时供电类型混淆会造成传感器灵敏度和温度性能的变化超过zui大供电值使用会造成传感器性能的失效。
4 稳定性
       传感器的稳定性测试中需要注意以下问题:
l        电源稳定性:优于0.1%
l        测试仪表及传感器上电时间大于1小时。
l        温度恒定。
l        压力传感器应拟合掉大气压变化的影响。
5 静态特性
传感器的精度测试,先进行满程压力冲击3次,至少取5个测试点,循环测试三次,并记录测试值。按公式(1~3)分别计算出传感器的非线性、迟滞、重复性。
       5.1 非线性
…(1)
ΔL-------------传感器的一致性误差
ΔAmax-------传感器上行程或下行程各检定点与理论输出值的zui大偏差
Vfs------------传感器的量程输出
       5.2 重复性
…(2)
ΔR----------传感器的重复性
Vi-----------各检定点每次测量值
V------------测量值的平均值
Vfs ----------传感器的量程输出
n------------测量次数
       5.3 压力迟滞
(3)
 ΔH-----------传感器的迟滞
 Δbmax-------传感器各检定点正逆行程的的zui大差值。
 Vfs ------------传感器的量程输出
6 过载
过载压力指传感器在额定工作压力以上的一定范围内可以正常工作,但传感器的某些特性会发生变化,可详见我公司的技术资料《传感器的选型》,资料可以向市场部索取。
破坏压力指传感器可以承受的zui大压力,超过该压力会造成传感器的失效或损坏。
测量介质
对于不锈钢封装的传感器,由于绝大多数的材质是316L,所以它可以测试任何316L SS可以兼容的介质。
测量管道水压时应注意水锤现象,详见可详见我公司的技术资料《高压场合下的密封缓冲接口》,资料可以向市场部索取。
对于不是干净的干燥气体,1800/1805系列和塑封型传感器则不能直接的应用,它需要在使用前确认介质的兼容性。SENSYM/ICT 的传感器是利用半导体微机械加工工艺,使用单晶硅片为原料加工而成。利用金丝球焊的生产工艺将传感器镀金管脚和硅片(镀铝层)连接起来。如果被水、腐蚀性介质、电离性介质接触,传感器就会失效。尽管传感器内部的结构上被涂敷了一层硅凝胶,但是如果使用的介质不是清洁、干燥的气体,请和厂家确认后使用。
另外一个限制传感器使用介质的材料是室温硫化橡胶(RTV),它被用作传感器生产过程中芯片的粘接剂。当传感器受到温度变化或其他应力的作用时,室温硫化橡胶可以使传感器芯片感受到zui小的应力影响。室温硫化橡胶和油气以及一些强的化学溶剂不能兼容,使用时应当注意,或和厂家确认后使用。
 

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