高溫壓力傳感器是為了解決在高溫環(huán)境下對(duì)各種氣體、液體的壓力測(cè)量。高溫壓力傳感器應(yīng)用領(lǐng)域很多，主要用于測(cè)量鍋爐、管道、高溫反應(yīng)容器、井下壓力和各種發(fā)動(dòng)機(jī)腔體內(nèi)的壓力、高溫油品液位與檢測(cè)、油井測(cè)壓等。由于高溫將使放大電路工作失效，因而采用將放大電路與傳感器件分離的設(shè)計(jì)方案是解決高溫測(cè)量的方法之一。壓力傳感器件由MEMS工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，信號(hào)激勵(lì)與信號(hào)處理由計(jì)算機(jī)來(lái)完成。對(duì)電路的工作過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)，并給出了微型高溫壓力傳感器的MEMS工藝設(shè)計(jì)流程。

傳統(tǒng)的壓力傳感器以機(jī)械結(jié)構(gòu)型的器件為主，以彈性元件的形變指示壓力，但這種結(jié)構(gòu)尺寸大、不能提供電學(xué)輸出。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體壓力傳感器體積小、質(zhì)量輕、信號(hào)幅度大。目前，研究比較多的高溫壓力傳感器主要有SOS，SOI，SiO2，Poly2Si等半導(dǎo)體傳感器，還有濺射合金薄膜高溫壓力傳感器、高溫光纖壓力傳感器和高溫電容式壓力傳感器等。半導(dǎo)體電容式壓力傳感器相比壓阻式壓力傳感器其靈敏度高、溫度穩(wěn)定性好、功耗小，且只對(duì)壓力敏感，對(duì)應(yīng)力不敏感，因此，電容式壓力傳感器在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

硅電容式壓力傳感器的敏感元件是半導(dǎo)體薄膜，它可以由單晶硅、多晶硅等利用半導(dǎo)體工藝制作而成。典型的電容式傳感器由上下電極、絕緣體和襯底構(gòu)成。當(dāng)薄膜受壓力作用時(shí)，薄膜會(huì)發(fā)生一定的變形，因此，上下電極之間的距離發(fā)生一定的變化，從而使電容發(fā)生變化。但電容式壓力傳感器的電容與上下電極之間的距離的關(guān)系是非線性關(guān)系，因此，要用具有補(bǔ)償功能的測(cè)量電路對(duì)輸出電容進(jìn)行非線性補(bǔ)償。由于高溫壓力傳感器工作在高溫環(huán)境下，補(bǔ)償電路會(huì)受到環(huán)境溫度的影響，高溫工作區(qū)溫度可達(dá)350℃，從而產(chǎn)生較大的誤差。為了避免補(bǔ)償電路在高溫環(huán)境下產(chǎn)生較大誤差，把傳感器件與放大電路分離，壓力傳感器件由鉑電阻和電容式壓力傳感器構(gòu)成。

高溫壓力傳感器由硅膜片、襯底、下電極和絕緣層構(gòu)成。其中下電極位于厚支撐的襯底上。電極上蒸鍍一層絕緣層。硅膜片則是利用各向異性腐蝕技術(shù)，在一片硅片上從正反面腐蝕形成的。上下電極的間隙由硅片的腐蝕深度決定。硅膜片和襯底利用鍵合技術(shù)鍵合在一起，形成具有一定穩(wěn)定性的硅膜片電容壓力傳感器。由于鉑電阻耐高溫，且對(duì)溫度敏感，選用鉑電阻，既可以當(dāng)普通電阻使用，又可以作為溫度傳感器用以探測(cè)被測(cè)環(huán)境的溫度。金屬鉑電阻和硅膜片的參數(shù)為:0℃時(shí)鉑電阻值為1000Ω;電阻率為1.0526316×10 ^{- 5}Ω·cm、密度為21440kg/m³ 、比熱為132.51J/(kg·K)、熔斷溫度為1769℃，故鉑電阻可加工為寬度為0.02mm厚度為0.2μm總長(zhǎng)度為3800μm，制作成鋸齒狀，可在幅值為10V的階躍信號(hào)下正常工作。電容式壓力傳感器的上下電極的間隙為3μm、圓形平板電容上下電極的半徑為73μm、其電容值為50pF。基本電路是由一個(gè)金屬鉑電阻和一個(gè)電阻式高溫壓力傳感器構(gòu)成。金屬鉑電阻對(duì)溫度變化敏感，若選用零度時(shí)電阻值為1000Ω、溫度系數(shù)為3851×10 ^{- 6}/℃的鉑電阻，其溫度變化范圍從-50～350℃時(shí)，相應(yīng)的電阻從803.07～2296.73Ω。由電阻的變化可測(cè)得環(huán)境的溫度。壓力傳感器在不同壓力下有不同的電容值，因此，在同一溫度下，輸入同一交流電壓信號(hào)時(shí)，其輸出信號(hào)不同。

這種高溫微型壓力傳感器電路簡(jiǎn)單、工藝成本較低、體積小、可批量生產(chǎn)、準(zhǔn)確度高。該傳感器避免了電阻式高溫壓力傳感器的自補(bǔ)償電路在高溫環(huán)境下工作時(shí)熱靈敏度漂移引起的誤差，也避免了其它電容式高溫壓力傳感器非線性補(bǔ)償電路在高溫環(huán)境下工作。該傳感器適合在各種高溫環(huán)境下測(cè)量氣體或液體的壓力。本文源自澤天傳感，版權(quán)所有，轉(zhuǎn)載請(qǐng)保留。