Soluções para sensores de pressão automotivos

Tipos e características dos sensores de pressão

Os tipos de sensores de pressão incluem filme de pulverização catódica, piezorresistência de silício, medidores de tensão, safira, microfusão de vidro, piezorresistência de cerâmica, capacitância de pressão de cerâmica, etc. A produção em massa doméstica é principalmente a piezorresistência de silício, a piezorresistência cerâmica, a microfusão de vidro e a capacidade de pressão de cerâmica, as características desses tipos de sensores são introduzidas abaixo:

1. Silicon piezoresistance

LefooUsando o efeito piezoresistivo e boa elasticidade de materiais semicondutores, um sensor piezoresistivo de silício foi desenvolvido por meio de tecnologia de circuito integrado e tecnologia de processamento MEMS. Atualmente, o tamanho mínimo da piezorresistência de silício pode estar dentro de 0,5*0,5mm, de modo que em um wafer de 8 polegadas Quase 100.000 sensores de pressão podem ser cortados. O sensor piezoresistivo de silício, como um tipo de micro sensor, tem as vantagens de tamanho pequeno, alta saída, baixo custo, forte capacidade de sobrecarga, forte capacidade anti-interferência e alta sensibilidade de saída de sinal. Uma vez que o pacote convencional geralmente adota uma estrutura de pressão positiva, geralmente só pode medir alguns meios puros e não corrosivos, e o desvio de temperatura é relativamente grande, e a deriva de temperatura em escala real pode chegar a 0,15% F.S/WC.

Atualmente, existem duas estruturas de embalagem comumente usadas para núcleos de pressão piezorresistiva de silício: não isolados e isolados. O tipo não isolado é geralmente encapsulado em uma casca de plástico e a superfície do chip de silício é protegida por gel de silicone. Esta estrutura é mais adequada para a pressão do coletor de admissão automotiva. A medição da pressão dos pneus e da pressão atmosférica tem vantagens óbvias em faixa e custo. Também pode ser usado para medir a pressão do óleo do motor, da água e dos gases de escape após a embalagem com cola especial, mas o problema da vida útil é difícil de resolver. A embalagem de isolamento geralmente usa o método interno de enchimento de óleo do diafragma de metal. Este método de embalagem pode ser usado para meios corrosivos ou poluentes, como óleo de motor, refrigerante, combustível, gás de escape, etc., mas devido ao complicado processo de enchimento de óleo, o custo de produção é alto, em comparação com outros tipos de sensores A relação preço/desempenho não é óbvia.

Além dos dois métodos de embalagem acima, domésticosFabricante do sensor de pressãoAtualmente desenvolvendo uma estrutura de embalagem invertida. Esta estrutura entra em contato diretamente com o dielétrico da parte de trás do wafer de silício, o que pode evitar o risco de corrosão e poluição do circuito na superfície do wafer de silício. Uma vez que o processo de embalagem invertida esteja maduro, o sensor piezorresistivo de silício será adequado para mais aplicações.

Figura 1-1 núcleo de pressão de silício difuso

2. cerâmica piezoresistance

A tecnologia de resistor de cerâmica usa um processo de impressão de filme espesso para imprimir a ponte de Wheatstone na superfície da estrutura de cerâmica e usa o efeito varistor para converter o sinal de pressão do meio em um sinal de tensão. Cerâmica é um material reconhecido com alta elasticidade, resistência à corrosão, resistência ao desgaste, impacto e resistência à vibração.

A estabilidade térmica da cerâmica e sua resistência de filme espesso podem tornar sua faixa de temperatura operacional tão alta quanto-40 a 135 °C, e o isolamento elétrico é de 2kV. Essa alta resistência de isolamento é difícil para outros sensores alcançarem. Atualmente, muitos fabricantes nacionais fornecem cerâmica. Núcleo do sensor de pressão de resistência. No entanto, a sensibilidade de saída de sinal desta tecnologia é baixa, o alcance é geralmente limitado a 500kPa ~ 10MPa, e a estrutura oca convencional depende apenas da pressão do diafragma, que tem baixa resistência à sobrecarga. Quando a pressão do meio a ser medido está sobrecarregada, o sensor de resistência cerâmica terá a ruptura do diafragma. Risco de vazamento de mídia. A piezorresistência cerâmica é adequada para aplicações de medição de pressão de refrigerante, óleo de motor e freios.

O núcleo do sensor piezoresistivo de cerâmica tem sua própria compensação de temperatura, e o desvio de temperatura pode atingir 0,02% F.s/°C, portanto, para a maioria das aplicações, nenhuma compensação de temperatura é necessária, o que pode reduzir os custos de produção. O problema de desvio de tempo dos sensores piezorresistivos cerâmicos gerais é mais proeminente, o que requer maiores processos de aquisição e produção de material.

Figura 1-2 núcleo piezoresistivo cerâmico

3. vidro micro-fusão

A tecnologia de micro-fusão de vidro usa um processo de sinterização de alta temperatura para combinar um medidor de tensão de silício com uma estrutura de aço inoxidável. TOs quatro resistores equivalentes ao medidor de tensão de silício formam uma ponte de Wheatstone. Quando há pressão média no outro lado do diafragma de aço inoxidável, o diafragma de aço inoxidável produz uma pequena deformação que faz com que a ponte mude, formando um sinal de tensão proporcional à mudança de pressão. O processo de micro-fusão de vidro é difícil de alcançar e o custo é alto. As principais vantagens são boa tolerância média e forte resistência à sobrecarga. Geralmente é adequado para faixas de alta pressão e ultra-alta pressão, como 10MPa ~ 200MPa, e sua aplicação é relativamente limitada.

Os sensores de pressão de micro-fusão de vidro têm vantagens óbvias em aplicações de alta pressão, como common rail a diesel, sistema hidráulico de carregadores e bombas de combustível. Para aplicações abaixo de 2MPa, não há vantagem de custo. Além disso, o desvio de temperatura do sensor de pressão de micro-fusão de vidro é equivalente ao do sensor piezoresistivo de silício, e a compensação de temperatura é necessária para atingir a precisão necessária durante a calibração.

Figura 1-3 núcleo de vidro micro-derretimento

4. capacidade de pressão cerâmica:

A tecnologia cerâmica de pressão-volume adota uma base cerâmica fixa e uma estrutura de diafragma de cerâmica móvel, e o diafragma móvel é selado e fixado com a base por meio de pasta de vidro. Os padrões de eletrodos são impressos no interior entre os dois para formar um capacitor variável. Quando a pressão do meio no diafragma muda, a capacitância entre os dois muda. O sinal é convertido e condicionado pelo chip de condicionamento e, em seguida, emitido para o estágio subsequente de uso.

A tecnologia de capacitância de pressão cerâmica tem as vantagens de ampla gama, boas características de temperatura, forte capacidade de sobrecarga e boa estabilidade a longo prazo. É amplamente utilizado na medição de pressão de refrigerante, óleo de motor, freio, combustível, etc. O núcleo de capacitância de pressão cerâmica tem boas características de temperatura, por exemplo, o desvio de temperatura do núcleo de 2MPa é melhor do que 0,5% F.s por 100 °C.

Figura 1-4 núcleo de capacitância de pressão de cerâmica

A tecnologia de capacitância de pressão de cerâmica doméstica é muito madura. O processo de produção de núcleos de capacitância de pressão de cerâmica é mais simples do que o de núcleos piezorresistivos, e o custo de produção é menor do que o piezorresistivo. Agora, os preços dos núcleos de capacitância de pressão de cerâmica e núcleos piezorresistivos de cerâmica estão baixos. As vantagens inerentes da capacidade de pressão cerâmica tornam-no particularmente adequado para aplicações de alta confiabilidade.