常见PCB压力传感器的特点及差异分析

PCB传感器技术是现代科学技术发展水平的标志之一，而PCB压力传感器技术是传感器技术的一个重要分支。 目前，扩散硅、电容式、硅蓝宝石、陶瓷厚膜、金属应变电式等各种类型的PCB压力传感器广泛应用于国民生产各行业和科技领域。 下面简单介绍一些常用的PCB压力传感器的特点及其区别。

蓝宝石压力传感器

蓝宝石压力传感器利用应变电阻的工作原理，采用硅蓝宝石作为半导体传感器，具有无可比拟的计量特性。

蓝宝石系统由单晶绝缘体元件组成，不会产生滞后、疲劳和蠕变； 蓝宝石比硅坚固，硬度更高，不怕变形； 而且，蓝宝石的弹性和绝缘性非常好。 因此，用硅蓝宝石制成的半导体传感元件对温度变化不敏感，即使在高温条件下也具有良好的工作特性； 蓝宝石具有很强的抗辐射能力； 此外，硅蓝宝石半导体传感器没有p-n漂移，从根本上简化了PCB制造工艺，提高了重复性，保证了PCB的高成品率。

采用硅蓝宝石半导体传感元件制成的PCB压力传感器和变送器可在最恶劣的工作条件下正常工作，具有可靠性高、精度好、温度误差小、性价比高等特点。

扩散硅压力传感器

扩散硅压力传感器的工作原理是：被测介质的压力直接作用在传感器的膜片（不锈钢或陶瓷）上，使膜片产生与介质压力成正比的微小位移，使电阻值为 传感器变化，用PCB电子电路检测这种变化，并转换输出与该压力对应的标准测量信号。

陶瓷压力传感器

耐腐蚀陶瓷压力传感器无液体传输。 压力直接作用于陶瓷膜片前表面和腔室膜片表面，使膜片产生轻微变形。 厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，并连接到惠斯通电桥（闭式电桥）。 由于压敏电阻的压阻效应，电桥产生与压力和激励电压成正比的高线性电压信号，标准信号根据不同压力范围标定为2.0、3.0、3.3 mV等，可兼容 带应变片传感器。 通过激光校准，传感器具有较高的温度稳定性和时间稳定性。 传感器自带0℃~70℃温度补偿，可直接接触大多数介质。

陶瓷是公认的高弹性、耐腐蚀、耐磨、抗冲击、抗振动的材料。 陶瓷的热稳定性及其厚膜电阻使其工作温度范围高达-40℃~135℃，具有较高的测量精度和稳定性。 电气绝缘度大于2KV，输出信号强，长期稳定性好。 高性能、低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向。 欧美国家有全面替代其他类型传感器的趋势。 在国内，越来越多的用户使用陶瓷传感器来替代扩散硅压力传感器。

陶瓷厚膜结构与力敏Z元件优势互补

厚膜压力传感器是继扩散硅压力传感器之后压力传感器的又一重大技术创新，力敏Z元件是目前国内外唯一具有数字信号输出的敏感元件。 因此，将陶瓷厚膜工艺与最简单的力敏Z元件电路巧妙结合，可以生产出性能优良、成本低廉的新型传感器。 具体来说，陶瓷厚膜工艺具有以下优点：

● 陶瓷弹性体性能优良，材料平整、均匀、致密，在一定范围内严格遵守虎克定律，无塑性变形。

● 厚膜电阻器（包括高温导体）与陶瓷弹性膜片烧结牢固，无需粘合剂。 刚性结构，蠕变小，漂移小，静态性能稳定，动态性能好。

● 厚膜弹性体结构简单，制备容易。 与扩散硅压力传感器相比，不需要半导体平面工艺形成扩散电阻弹性膜，大大降低了PCB生产线的初期投资和加工成本。

● 陶瓷厚膜结构，耐液体或气体介质腐蚀，无需不锈钢膜片和硅油的转换隔离，简化封装结构，进一步降低成本。

● 工作范围广。 测量范围取决于有效半径与膜片厚度之比。 只要微压不小于1Kpa，原则上也容易达到更高的量程。

● 工作温度范围广，可达-40℃~120℃。

陶瓷厚膜力数字传感器的结构设计

陶瓷厚膜力数字传感器主要由陶瓷环、陶瓷膜片和陶瓷盖板组成。 陶瓷膜作为力敏弹性体，采用95%Al2O3瓷精加工而成。 要求平整、均匀、密实。 其厚度和有效半径取决于设计范围。

瓷环采用热压铸工艺在高温下烧制而成。 陶瓷膜片与陶瓷环之间采用高温玻璃浆料，通过厚膜印刷和热烧技术一起烧制，形成具有周边固定支撑的力敏杯形弹性体，即无蠕变的刚性结构。 在陶瓷的周边固定支撑处形成。 在陶瓷膜的上表面，即瓷杯的底部，采用厚膜工艺技术制作传感器电路。 陶瓷盖板下部的圆形凹槽在盖板和膜片之间形成一定的间隙。 通过限位可防止膜片在过载时因过度弯曲而折断，对线路板传感器形成防过载保护。