溅射薄膜式压力传感器工作原理

图2.1是典型薄膜压力传感器的外形和内部结构示意图，传感器由带螺纹的不锈钢基座、压力敏感芯片、A/D转换电路、放大电路、电连接器等五大部分组成。传感器输入部分通过螺纹接口与被测介质相连，输出部分通过电连接器与显示仪表相连，从而实现压力检测。

溅射薄膜式压力传感器的敏感电阻是在净化间内，将金属电阻膜通过微电子工艺镀制在不锈钢弹性体上加工而成。即在真空环境中，利用离子束溅射镀膜技术，将绝缘材料、电阻材料以分子形式淀积在弹性不锈钢膜片上，形成分子键合的绝缘薄膜和电阻材料薄膜，并与弹性不锈钢膜片融合为一体。经过多次镀膜与光刻，在弹性不锈钢膜片表面上形成四个薄膜电阻（应变电阻），如图2.2所示。

在敏感电阻和弹性体之间采用薄膜工艺淀积了绝缘介质薄膜用于隔离。金属弹性体上的典型薄膜结构分为四层，其中最底层是绝缘膜，上层依次为淀积电阻膜，和为确保惠斯顿电桥桥臂电阻稳定可靠的引线电极金膜和钝化保护膜，如图2.3a）所示。图2.3b）所示为应变电阻组成的惠斯顿电桥。溅射薄膜式压力传感器的工作原理为：当被测介质压力（P1）作用于弹性不锈钢膜片一侧时，弹性膜片受到压力作用产生变形，位于另一面的惠斯顿电桥桥臂电阻薄膜的几何尺寸发生相应的变形，阻值随之相应改变，电桥因阻值改变而产生与压力成线性比例的输出信号，将此信号经放大调节等处理，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。

与电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器等其它类型压力传感器相比，溅射薄膜式压力传感器的一大突出特点是受温度影响小。在温度变化100℃时，零点漂移仅为0.5%，其温度性能远远优于其它类型压力传感器。

由于溅射工艺使惠斯顿电桥与弹性不锈钢膜片间形成很好的匹配并成为一体，而不存在任何胶粘剂，所以溅射式传感器比粘贴式传感器显示出高的长期稳定性与可靠性，其年稳定性可优于0.1%F.S/年。

由于溅射薄膜式压力传感器采用独特的电阻成膜技术，可以制作出高精度的敏感电阻，其精度、灵敏度更优于上述压阻式压力传感器、电感式压力传感器等，精度可达±0.15%。

压力敏感元件材料为17-4PH特种弹性不锈钢，与其焊为一体的压力接头材料为316不锈钢或1Cr18Ni9Ti不锈钢，可直接与一般的腐蚀性介质接触，因此溅射式传感器可用于腐蚀性介质的压力测量与控制，应用范围很广。

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