隨著汽車電子能源的發(fā)展，傳感器變得越來越重要。通過研究當(dāng)前主流壓力傳感器，重點介紹了陶瓷電容器、陶瓷電阻器、濺射膜、硅應(yīng)變片、硅壓阻器等五種主流壓敏元件技術(shù)，闡述了其在汽車中的典型應(yīng)用。
現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)由三大支柱技術(shù)組成:傳感器技術(shù)、信息系統(tǒng)神經(jīng)通信技術(shù)和計算機技術(shù)，其中傳感器的技術(shù)水平和質(zhì)量直接決定了信息技術(shù)系統(tǒng)的功能和發(fā)展水平。
傳感器是一種能夠感知規(guī)定的被測并按規(guī)定轉(zhuǎn)換成輸出信號的裝置或裝置，通常由傳感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器可分為壓敏、溫敏、流體、光敏、聲敏、氣敏、化學(xué)等傳感器，其中壓力傳感器廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事設(shè)備、工程設(shè)備、工業(yè)控制、汽車電子、醫(yī)療設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)，也是各種傳感器中應(yīng)用最廣泛、需求最大的一種。
汽車工業(yè)中壓力傳感器的現(xiàn)狀。
在汽車電子行業(yè)，汽車傳感器作為信息收集源，主要用于動力部件系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)和底盤系統(tǒng)，包括壓力傳感器、位置傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器、角速度傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和輪速傳感器。
壓力傳感器廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)，技術(shù)發(fā)展迅速。目前，汽車傳感器市場上使用的壓力傳感器主要分為電容式壓力傳感器和電阻式壓力傳感器。
電容式壓力傳感器原理。
陶瓷電容壓力傳感器采用陶瓷薄膜作為變壓元件，陶瓷薄膜和陶瓷基體分別制成電容兩極。當(dāng)外部壓力作用于陶瓷膜時，陶瓷膜變形，兩極之間的距離發(fā)生變化，導(dǎo)致電容發(fā)生變化，然后通過特定的ASIC調(diào)節(jié)芯片輸出標(biāo)準電壓信號。
電容式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)。
就結(jié)構(gòu)而言，陶瓷電容技術(shù)主要包括陶瓷基體和陶瓷膜片，用高溫熔融玻璃燒結(jié)陶瓷膜片和陶瓷基體，使其密封。電極圖形印在陶瓷基體和陶瓷膜片內(nèi)部，形成可變電容。當(dāng)測量的外部壓力通過特殊通道傳遞到陶瓷膜片時，陶瓷基體與陶瓷膜片之間的電容會隨著壓力的變化而變化。特定的ASIC調(diào)理芯片通過設(shè)定的轉(zhuǎn)換方程將測量的電容信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。
電容式壓力傳感器主要用于汽車工業(yè)。
陶瓷電容技術(shù)具有成本適中、耐腐蝕性好、介質(zhì)兼容性強的優(yōu)點。以陶瓷電容器為變壓元件的壓力傳感器廣泛應(yīng)用于水、氣、液等介質(zhì)的壓力檢測，特別適用于汽車系統(tǒng)惡劣的工作環(huán)境。
電阻壓力傳感器原理。
電阻壓敏元件通過濺射或微熔玻璃將應(yīng)變電阻固定在彈性膜上，形成惠斯通電橋。當(dāng)外壓作用于彈性膜時，膜變形，應(yīng)變電阻的電阻值發(fā)生變化，導(dǎo)致惠斯通電橋發(fā)生變化，然后通過特定的ASIC調(diào)節(jié)芯片輸出標(biāo)準電壓信號。
電阻壓力傳感器結(jié)構(gòu)。
電阻式壓力傳感器利用應(yīng)變電阻的壓力效應(yīng)。隨著MEMS技術(shù)的普及，根據(jù)彈性膜的材料類型和應(yīng)變電阻的封裝方式，可分為陶瓷電阻式、濺射膜式、硅應(yīng)變膜式和硅壓阻式。
陶瓷電阻技術(shù)采用厚膜印刷技術(shù)在陶瓷基體表面印刷應(yīng)變電阻，構(gòu)成惠斯通電橋。當(dāng)測得的外部壓力通過特殊通道傳遞到陶瓷膜時，金屬應(yīng)變片的感應(yīng)電阻效應(yīng)隨著惠斯通電橋電阻值的變化而變化。特定的ASIC調(diào)節(jié)芯片通過設(shè)定的轉(zhuǎn)換方程將測得的電阻信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。
濺射膜式壓敏元件(金屬應(yīng)變片)。
濺射膜技術(shù)采用離子濺射技術(shù)，根據(jù)特定圖形在不銹鋼基體表面印刷應(yīng)變特殊材料的金屬離子，形成金屬應(yīng)變電阻，由特殊材料的金屬離子形成的應(yīng)變電阻構(gòu)成惠斯通電橋。當(dāng)不銹鋼薄膜受到外壓變化時，由于變阻效應(yīng)，不銹鋼薄膜發(fā)生微小變形，惠斯通電橋的電阻值發(fā)生變化，電阻信號通過ASIC調(diào)節(jié)芯片轉(zhuǎn)換為電壓信息輸出。
硅應(yīng)變片技術(shù)利用玻璃漿將硅應(yīng)變計高溫?zé)Y(jié)在不銹鋼基體表面，硅應(yīng)變片等效的四個電阻構(gòu)成惠斯通電橋。當(dāng)不銹鋼薄膜受到壓發(fā)生變化時，由于變阻效應(yīng)，不銹鋼薄膜發(fā)生微小變形，惠斯通電橋的電阻值發(fā)生變化，電阻信號通過ASIC調(diào)節(jié)芯片轉(zhuǎn)換為電壓信息輸出。
硅壓阻技術(shù)利用半導(dǎo)體材料的壓阻特性，在硅膜表面腐蝕等效電阻，形成惠斯通電橋。當(dāng)硅膜受到的外壓發(fā)生變化時，由于變阻效應(yīng)，硅膜發(fā)生微小變形，惠斯通電橋的電阻值發(fā)生變化，電阻信號通過ASIC調(diào)節(jié)芯片轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出。
電阻式技術(shù)具有體積小、范圍廣、溫度一致性好等優(yōu)點。電阻式壓力傳感器廣泛應(yīng)用于水、氣、液介質(zhì)的壓力檢測，尤其適用于汽車系統(tǒng)惡劣的工況。
到目前為止，汽車工業(yè)作為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，正在加速發(fā)展，減少與歐美日韓的差距。
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