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主流压力传感器在汽车行业中的典型应用

时间:2021-07-20 点击次数:

随着汽车电子能源的发展,传感器变得越来越重要。通过研究当前主流压力传感器,重点介绍了陶瓷电容器、陶瓷电阻器、溅射膜、硅应变片、硅压阻器等五种主流压敏元件技术,阐述了其在汽车中的典型应用。

现代信息产业由三大支柱技术组成:传感器技术、信息系统神经通信技术和计算机技术,其中传感器的技术水平和质量直接决定了信息技术系统的功能和发展水平。

传感器是一种能够感知规定的被测并按规定转换成输出信号的装置或装置,通常由传感元件和转换元件组成。传感器可分为压敏、温敏、流体、光敏、声敏、气敏、化学等传感器,其中压力传感器广泛应用于航空航天、军事设备、工程设备、工业控制、汽车电子、医疗设备和物联网等行业,也是各种传感器中应用最广泛、需求最大的一种。

汽车工业中压力传感器的现状。

在汽车电子行业,汽车传感器作为信息收集源,主要用于动力部件系统、车身控制系统和底盘系统,包括压力传感器、位置传感器、温度传感器、加速度传感器、角速度传感器、流量传感器、气体浓度传感器和轮速传感器。

压力传感器广泛应用于汽车工业,技术发展迅速。目前,汽车传感器市场上使用的压力传感器主要分为电容式压力传感器和电阻式压力传感器。

电容式压力传感器原理。

陶瓷电容压力传感器采用陶瓷薄膜作为变压元件,陶瓷薄膜和陶瓷基体分别制成电容两极。当外部压力作用于陶瓷膜时,陶瓷膜变形,两极之间的距离发生变化,导致电容发生变化,然后通过特定的ASIC调节芯片输出标准电压信号。

电容式压力传感器的结构。

就结构而言,陶瓷电容技术主要包括陶瓷基体和陶瓷膜片,用高温熔融玻璃烧结陶瓷膜片和陶瓷基体,使其密封。电极图形印在陶瓷基体和陶瓷膜片内部,形成可变电容。当测量的外部压力通过特殊通道传递到陶瓷膜片时,陶瓷基体与陶瓷膜片之间的电容会随着压力的变化而变化。特定的ASIC调理芯片通过设定的转换方程将测量的电容信号转换成电压信号。

电容式压力传感器主要用于汽车工业。

陶瓷电容技术具有成本适中、耐腐蚀性好、介质兼容性强的优点。以陶瓷电容器为变压元件的压力传感器广泛应用于水、气、液等介质的压力检测,特别适用于汽车系统恶劣的工作环境。

电阻压力传感器原理。

电阻压敏元件通过溅射或微熔玻璃将应变电阻固定在弹性膜上,形成惠斯通电桥。当外压作用于弹性膜时,膜变形,应变电阻的电阻值发生变化,导致惠斯通电桥发生变化,然后通过特定的ASIC调节芯片输出标准电压信号。

电阻压力传感器结构。

电阻式压力传感器利用应变电阻的压力效应。随着MEMS技术的普及,根据弹性膜的材料类型和应变电阻的封装方式,可分为陶瓷电阻式、溅射膜式、硅应变膜式和硅压阻式。

陶瓷电阻技术采用厚膜印刷技术在陶瓷基体表面印刷应变电阻,构成惠斯通电桥。当测得的外部压力通过特殊通道传递到陶瓷膜时,金属应变片的感应电阻效应随着惠斯通电桥电阻值的变化而变化。特定的ASIC调节芯片通过设定的转换方程将测得的电阻信号转换成电压信号。

溅射膜式压敏元件(金属应变片)。

溅射膜技术采用离子溅射技术,根据特定图形在不锈钢基体表面印刷应变特殊材料的金属离子,形成金属应变电阻,由特殊材料的金属离子形成的应变电阻构成惠斯通电桥。当不锈钢薄膜受到外压变化时,由于变阻效应,不锈钢薄膜发生微小变形,惠斯通电桥的电阻值发生变化,电阻信号通过ASIC调节芯片转换为电压信息输出。

硅应变片技术利用玻璃浆将硅应变计高温烧结在不锈钢基体表面,硅应变片等效的四个电阻构成惠斯通电桥。当不锈钢薄膜受到压发生变化时,由于变阻效应,不锈钢薄膜发生微小变形,惠斯通电桥的电阻值发生变化,电阻信号通过ASIC调节芯片转换为电压信息输出。

硅压阻技术利用半导体材料的压阻特性,在硅膜表面腐蚀等效电阻,形成惠斯通电桥。当硅膜受到的外压发生变化时,由于变阻效应,硅膜发生微小变形,惠斯通电桥的电阻值发生变化,电阻信号通过ASIC调节芯片转换为电压信号输出。

电阻式技术具有体积小、范围广、温度一致性好等优点。电阻式压力传感器广泛应用于水、气、液介质的压力检测,尤其适用于汽车系统恶劣的工况。

到目前为止,汽车工业作为国民经济的支柱产业,正在加速发展,减少与欧美日韩的差距。

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