Хотя выбор принципа измерения датчика или принципа действия датчика давления не имеет значения для большинства применений, нас очень часто спрашивают, как работают датчики, которые мы используем в наших датчиках давления и преобразователях давления.
Прежде всего, общее определение: датчики давления или сенсорные элементы давления представляют собой измерительные элементы, которые преобразуют физическую измеряемую величину давления в пропорциональную давлению электрическую величину. Используются различные физические эффекты и различные материалы датчиков, такие как кремний, керамика или металл.
Сейчас используются три наиболее распространенных принципа измерения давления из промышленных измерительных технологий, которые разрабатываются в лабораториях разработки, а также применяются на производствах:
- Тонкопленочные
датчики основаны на том же принципе, что и тензометрические датчики, т.е. резисторные структуры, расположенные в виде меандра, геометрическое расширение или сжатие которых приводит к измеримому изменению сопротивления за счет результирующего изменения длины и толщины. В тонкопленочных датчиках четыре резистора обычно располагаются на мембране в виде моста Уитстона и таким образом регистрируют деформацию мембраны под давлением. В так называемом тонкопленочном процессе эти тензорезисторы наносятся на (например, металлическое) основное тело и структурируются (так называемое напыление с последующей фотолитографией и травлением). - По аналогии с тонкопленочными датчиками, толстопленочные датчики
также обычно используют четыре резистора, соединенных вместе, образуя мост Уитстона. Структуры сопротивления «печатаются» в несколько слоев с использованием толстопленочной технологии на основном теле (например, керамическом), а затем обжигаются при высокой температуре. Здесь также изменение сопротивления происходит в результате изменения геометрии в результате деформации мембраны, в основе которой лежит расширение и сжатие. - В отличие от первых двух принципов пьезорезистивные датчики давления
имеют измерительную диафрагму на основе полупроводников (кремния) с целенаправленно рассеянными структурами. В них используется так называемый пьезорезистивный эффект, описывающий изменение электрического сопротивления в полупроводниковых материалах вследствие расширения или сжатия с изменением подвижности электронов при механическом воздействии.
Из-за различных материалов и принципов конструкции в настоящее время существуют некоторые технологические различия, которые также могут иметь значение для некоторых применений. В современных измерительный системах используется принцип измерения с учетом характера соответствующего применения.