TK11235BCML/35P面中心處深度在0.08~0.25 mm之間。

這種傳感器的最大特點(diǎn)是過壓能力極強(qiáng),特別適用于管道中絕對(duì)壓力很高但壓差卻很小的所謂“高線壓低差壓”的情況。為了測(cè)量小差壓,膜片要做得很薄,一旦一方壓力消失,則膜片一側(cè)將承受極高過壓致使膜片破裂。但在這種結(jié)構(gòu)中,膜片將貼在球形支撐面上,由它來代替膜片承受高壓,如果壓力繼續(xù)增大,則隔離膜片亦將貼在殼體上,使測(cè)量膜片不會(huì)繼續(xù)變形。據(jù)報(bào)道,當(dāng)滿量程壓力為零點(diǎn)幾巴時(shí),傳感器能承受千倍過壓,而特性不會(huì)明顯變化。

該傳感器精度高,耐振動(dòng),耐沖擊,可靠性好。但制造工藝要求很高,尤其是張緊膜片的焊接是一工藝難題。

壓阻式壓力傳感器的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn),壓阻式壓力傳感器是依據(jù)固體的壓阻效應(yīng)而制成的。固體受到作用力后,電阻率(或電阻)就要發(fā)生變化,這種效應(yīng)稱為壓阻效應(yīng)。利用壓阻效應(yīng)制成的傳感器稱為壓阻式傳感器。用于測(cè)量壓力的傳感器稱為壓阻式壓力傳感器,用于測(cè)量加速度的傳感器稱為壓阻式加速度傳感器,等等。

因?yàn)楣韬推渌雽?dǎo)體材料具有良好的彈性形變性能和顯著的壓阻效應(yīng),所以通常用這些材料作壓阻式傳感器的轉(zhuǎn)換元件(心片)。早期的壓阻式壓力傳感器是用硅單晶切割加工成薄片矩形條,焊接上電極引線,粘貼在金屬或其他材料制成的彈性元件上構(gòu)成的。當(dāng)彈性體受壓力后,便產(chǎn)生應(yīng)力,使硅受到壓縮或拉伸,硅的電阻率發(fā)生變化,產(chǎn)生正比于壓力變化的電壓信號(hào)輸出,測(cè)定電壓大小就可確定壓力。這種傳感器實(shí)際上就是在9.3.1節(jié)中所述的半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器,通稱為體形壓力傳感器。隨著半導(dǎo)體制造工藝的進(jìn)一步發(fā)展,用擴(kuò)散法在N型硅片上,定域擴(kuò)散P型雜質(zhì)形成電阻條,連接成惠斯登電橋,制

成壓力傳感器心片。使用時(shí)將此心片粘貼在彈性元件上,當(dāng)壓力作用于彈性元件時(shí),彈性元件上的電橋在應(yīng)力作用下出現(xiàn)不平衡,輸出一個(gè)正比于壓力變化的電壓信號(hào)。這種傳感器稱為固態(tài)壓阻式壓力傳感器或擴(kuò)散型壓力傳感器。本節(jié)只討論這種傳感器。

前述已知,任何材料電阻的變化率由下式?jīng)Q定:

△R/r=△p/p+△l/l-△Ss

對(duì)金屬而言,上式中△p/p項(xiàng)較小,即電阻率的變化率較小,有時(shí)可忽略不計(jì)。而△J/J與△s/S兩項(xiàng)較大,即尺寸的變化率較大。所以,金屬的電阻變化率主要是△J/J和△S/s兩項(xiàng)引起的,這便是9,3.1節(jié)所述的金屬應(yīng)變片的基本工作原理。而對(duì)半導(dǎo)體而言,上式中△J/J和△s/S兩項(xiàng)很小,即尺寸的變化率很小,可忽略不計(jì),而△p/p一項(xiàng)較大也就是電阻率的變化較大。換言之,半導(dǎo)體的電阻變化率主要是由△p/p一項(xiàng)引起的,這正是壓阻式傳感器的基本工作原理。

壓阻式傳感器的靈敏度非常高,其靈敏度系數(shù)要比金屬應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)大50至100倍。所以有時(shí)壓阻式傳感器的輸出不需要放大,就可直接用于測(cè)量。壓阻式傳感器的分辨率也較高,用壓阻式壓力傳感器測(cè)量1~2mm水柱的微壓也能反應(yīng)。除此之外,壓阻式傳感器的頻率響應(yīng)高,由于擴(kuò)散型壓阻式傳感器是用集成電路工藝制成的,測(cè)量壓力時(shí),有所謂晶向就是晶面的法線方向。

實(shí)用的壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu),固態(tài)壓阻式壓力傳感器一般稱為固態(tài)壓力傳感器或擴(kuò)散型壓阻式壓力傳感器。它是將單晶硅膜片和電阻條采用集成電路工藝結(jié)合在一起,構(gòu)成硅壓阻心片。然后將此心片封接在傳感器的外殼內(nèi),連接出電極引線而制成。典型的壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖9-24所示。硅膜片兩邊有兩個(gè)壓力腔,一個(gè)是和被測(cè)壓力相連接的高壓腔,另一個(gè)是低壓腔,通常以小管和大氣相通。

目前已研制出量程由130Pa到3.在3×109Pa的壓阻式壓力傳感器,其外形結(jié)構(gòu)也因被測(cè)量壓力的性質(zhì)(絕對(duì)壓力、壓力差等)不同和測(cè)壓環(huán)境介質(zhì)不同而異。

固態(tài)壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,其核心部分是一個(gè)單晶硅膜片,膜片的設(shè)計(jì)與制作決定了傳感器的性能。膜片一般設(shè)計(jì)成周邊固定的圓形,其有效直徑與厚度之比常在20~60之間。膜片上構(gòu)成全橋的四片電阻條有兩片位于壓應(yīng)力區(qū),另外兩邊處于拉應(yīng)力區(qū),彼此的位置對(duì)于膜片中心是相互對(duì)稱的。

固態(tài)壓力傳感器,CZ1023型固態(tài)壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖,Cz1023型固態(tài)壓阻式壓力傳感器,是1一低壓腔;2―高壓腔;3一硅杯;法國(guó)塞魯姆貝克儀器和設(shè)備公司1970年的產(chǎn)品。曾在航空、4一引出線;5一硅膜片。宇航等方面試用。由英、法聯(lián)合研制的“協(xié)和號(hào)”大型客機(jī)中曾選用80余只該傳感器,其主要性能如下:

量程:0~2 Pa;

靈敏度:0~250 mV;

輸出阻抗:1200Ω;

非線性:0.5%FS;

遲滯:5×10ˉ4;

零點(diǎn)溫漂:2×10ˉ^/ε。

該傳感器的氣密性不是靠將心片固封在玻璃座上來保證,而是靠氟硅橡膠密封圈來密下面對(duì)設(shè)計(jì)過程中的主要步驟加以說明。

由給定的邏輯功能建立原始狀態(tài)圖和原始狀態(tài)表通常,所要設(shè)計(jì)的時(shí)序電路的邏輯功能是通過文字、圖形或波形圖來描述的,首先必須把它們變換成規(guī)范的狀態(tài)圖或狀態(tài)表。這種直接從圖文描述得到的初始狀態(tài)圖或狀態(tài)表稱為原始狀態(tài)圖或原始狀態(tài)表。這個(gè)過程是對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行分析的過程,具體做法是:

明確電路的輸入條件和相應(yīng)的輸出要求,分別確定輸入變量和輸出變量的數(shù)目和符號(hào)。同步時(shí)序電路的時(shí)鐘脈沖CP(或CP)一般是不作為輸人變量考慮的。

找出所有可能的狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換之間的關(guān)系。不同的狀態(tài)可先以字符來區(qū)別�？梢约俣ㄒ粋�(gè)初始狀態(tài),以該狀態(tài)作為現(xiàn)態(tài),根據(jù)輸人條件確定輸出及次態(tài)。以此類推,直到把每一個(gè)狀態(tài)的輸出和向下一個(gè)可能轉(zhuǎn)換的狀態(tài)全部找出后,則建立起原始狀態(tài)圖。

根據(jù)原始狀態(tài)圖建立原始狀態(tài)表。由于以后所有的設(shè)計(jì)步驟都將在原始狀態(tài)圖或原始狀態(tài)表的基礎(chǔ)上進(jìn)行,只有在它們?nèi)妗⒄_反映給定設(shè)計(jì)要求的條件下,才有可能獲得成功的設(shè)計(jì)結(jié)果。

狀態(tài)化簡(jiǎn)，原始狀態(tài)圖或原始狀態(tài)表很可能隱含多余的狀態(tài),去除多余狀態(tài)的過程稱為狀態(tài)化簡(jiǎn),其目的是減少電路中觸發(fā)器及門電路的數(shù)量,但不能改變?cè)紶?/span>態(tài)圖或原始狀態(tài)表所表達(dá)的邏輯功能。狀態(tài)化簡(jiǎn)建立在等價(jià)狀態(tài)的基礎(chǔ)上:如果兩個(gè)狀態(tài)為現(xiàn)態(tài)相同輸入所生的輸出及立的態(tài)均全相同,則這兩個(gè)狀態(tài)稱為等價(jià)狀態(tài)．

凡是兩個(gè)等價(jià)狀態(tài)都可以合并成一個(gè)狀態(tài)而不改變輸人一輸出關(guān)系。在6.2.3節(jié)將通過實(shí)例進(jìn)行具體說明。

狀態(tài)分配，對(duì)每個(gè)狀態(tài)指定一個(gè)特定的二進(jìn)制代碼,稱為狀態(tài)分配或狀態(tài)編碼。編碼方案不同,設(shè)計(jì)出的電路結(jié)構(gòu)也就不同。編碼方案選擇得當(dāng),設(shè)計(jì)結(jié)果可能相對(duì)簡(jiǎn)單。

首先,要確定狀態(tài)編碼的位數(shù)。同步時(shí)序電路的狀態(tài)取決于觸發(fā)器的狀態(tài)組合,觸發(fā)器的個(gè)數(shù)而即狀態(tài)編碼的位數(shù)。而與狀態(tài)數(shù)盯一般應(yīng)滿足如下關(guān)系

2ul<u≤2u           (6.3.1)

其次,要對(duì)每個(gè)狀態(tài)確定編碼。從2n個(gè)狀態(tài)中取u個(gè)狀態(tài)組合可能存在多種不同方案,隨著n值的增大,編碼方案的數(shù)目會(huì)急劇增多①,面對(duì)大量的

研究證明,從n位編碼中取lr個(gè)狀態(tài),其可能的狀態(tài)分配方案數(shù)目為suu-△1f-iui例如,nu=3,Ⅳ=5,其可能的編碼方案總數(shù)達(dá)6720。