Mogućnosti i ograničenja silikonskih senzora tlaka

Senzori tlaka koji su trenutno dostupni ili koji će se uskoro naći na tržištu pripadaju kategorijama kapacitivnih i piezorezistivnih senzora.

Osnova kapacitivnih senzora tlaka je tanka monokristalna ili polikristalna silikonska dijafragma. S mjeriteljske točke gledišta, ove senzore karakterizira visoka osjetljivost na tlak i izrazito niska osjetljivost na temperaturu. Mogu raditi do temperatura od oko 300 stupnjeva i ostati gotovo bez histereze. S druge strane, oni su nelinearni, ali je njihovo ponašanje u potpunosti određeno njihovim normaliziranim odgovorom. Piezorezistivni senzori sastoje se od silicijskih dijafragmi na koje su postavljeni ili implantirani mjerači naprezanja. Dijafragma djeluje kao pojačivač naprezanja. Ovi senzori pokazuju linearni odgovor na niske razine stresa. Mjerači od monokristalnog silicija karakterizirani su osjetljivošću na pritisak dva ili tri puta većom od laserski rekristaliziranih mjerača od polisilicija. Glavni problem s piezorezistivnim senzorima je njihova osjetljivost na visoke temperature, koja se mora smanjiti pomoću kompenzacijskih mreža otpornika. Senzori s mjeračima raspršenim ili implantiranim u dijafragmu trebali bi moći raditi do 200 stupnjeva, dok deponirani mjerači proširuju raspon temperature do 300 stupnjeva. Usporedba normaliziranih odziva pokazuje da je osjetljivost na tlak piezorezistivnih senzora manja od one kapacitivnih senzora.

Među ostalim varijantama silikonskih senzora tlaka, MOST mjerni senzori kao i rezonantni senzori nude prednost davanja frekvencijski moduliranog izlaza. Minijaturni kapacitivni mjerač dijafragme za mjerenje apsolutnog vakuuma

Izvadak citata:

Napon loma, čija se vrijednost za silicij na sobnoj temperaturi kreće od oko 300 MPa do 7 GPa [27,28], iznimno je važan parametar koji treba uzeti u obzir pri projektiranju. Dijafragma se može razbiti u komadiće kada je maksimalno naprezanje veće od naprezanja loma [29]. Stoga je potrebno poduzeti neke zaštitne mjere kako bi dijafragma sigurno radila pod visokim tlakom.

Prikaži sažetak:

SOI ugrađeni raspršivač topline s integriranim senzorima temperature i tlaka za optimizaciju hlađenja i nadzor na licu mjesta

2011., Znanost o materijalima i inženjerstvo B: Materijali čvrstog stanja za naprednu tehnologiju

Izvadak citata:

Osjetljivi elementi su piezorotpornici koji se sastoje od dopiranih područja u kristalnom Si (slika 4), povezanih u konfiguraciju Wheatstoneovog mosta. Kada se na membranu primijeni pritisak, naprezanje u ravnini modificira pokretljivost nosača, mijenjajući električni otpor mjerača i stoga proizvodeći izlazni napon različit od nule na izlazu mosta [14]. Piezorezistivni koeficijenti ovise o vrsti i koncentraciji dopinga, temperaturi i kristalnoj orijentaciji [15,16], a maksimalna varijacija otpora postiže se duž kristalnog smjera ovisno o tipu dopinga.