一般的な PCB 圧力センサーの特性と違いの分析

PCB センサー技術は現代科学技術の発展レベルの象徴の 1 つであり、PCB 圧力センサー技術はセンサー技術の重要な分野です。 現在、拡散シリコン、静電容量式、シリコンサファイア、セラミック厚膜、金属ひずみ電気式など、さまざまなタイプのPCB圧力センサーが、国内の生産および科学技術分野のさまざまな業界で広く使用されています。 以下は、一般的に使用されている PCB 圧力センサーの特徴とその違いを簡単に紹介したものです。

サファイア圧力センサー

サファイア圧力センサーは、歪み抵抗の動作原理を使用し、比類のない計測特性を持つ半導体センサーとしてシリコンサファイアを使用します。

サファイア系は、ヒステリシス、疲労、クリープを引き起こさない単結晶絶縁体要素で構成されています。 サファイアはシリコンよりも強く、硬度が高く、変形の心配がありません。 さらに、サファイアは非常に優れた弾力性と絶縁性を備えています。 したがって、シリコンサファイアで作られた半導体センシング素子は、温度変化の影響を受けにくく、高温条件下でも優れた動作特性を備えています。 サファイアには強い耐放射線性があります。 さらに、シリコンサファイア半導体センサーにはpnドリフトがないため、PCB製造プロセスが根本的に簡素化され、再現性が向上し、高いPCB歩留まりが保証されます。

シリコンサファイア半導体センシング素子で作られたPCB圧力センサーとトランスミッターは、最悪の動作条件下でも正常に動作し、高い信頼性、優れた精度、最小限の温度誤差、および高いコストパフォーマンスを備えています。

拡散シリコン圧力センサー

拡散シリコン圧力センサーの動作原理は次のとおりです。測定媒体の圧力がセンサーのダイヤフラム（ステンレス鋼またはセラミック）に直接作用し、ダイヤフラムが媒体圧力に比例する微小変位を生成し、抵抗値を この変化をPCB電子回路で検出し、この圧力に対応する標準測定信号に変換して出力します。

セラミック圧力センサー

耐腐食性セラミック圧力センサーには液体透過性がありません。 セラミックダイヤフラムの前面とチャンバーダイヤフラムの表面に直接圧力が作用し、ダイヤフラムがわずかに変形します。 厚膜抵抗はセラミック ダイアフラムの背面に印刷され、ホイートストン ブリッジ (クローズド ブリッジ) に接続されます。 バリスタのピエゾ抵抗効果により、ブリッジは圧力と励起電圧に比例する高度に線形な電圧信号を生成します。標準信号は、互換性のあるさまざまな圧力範囲に従って 2.0、3.0、3.3 mV などとして校正されます。 ひずみゲージセンサー付き。 レーザーキャリブレーションにより、センサーは高い温度安定性と時間安定性を備えています。 センサーには 0 ℃ ～ 70 ℃ の独自の温度補償機能があり、ほとんどのメディアと直接接触できます。

セラミックは、高い弾性、耐腐食性、耐摩耗性、耐衝撃性、耐振動性を備えた素材として認められています。 セラミックスの熱安定性とその厚膜抵抗により、動作温度範囲が - 40 ℃ ~ 135 ℃ まで高くなり、高い測定精度と安定性が得られます。 電気絶縁度は2KV以上で、出力信号は強く、長期安定性は良好です。 高特性で低価格のセラミックセンサーは、圧力センサーの発展の方向性になります。 欧米諸国では、他のタイプのセンサーを包括的に置き換える傾向があります。 中国では、ますます多くのユーザーがセラミック センサーを使用して拡散シリコン圧力センサーを置き換えています。

セラミック厚膜構造と力に敏感なZ要素の補完的な利点

厚膜圧力センサーは、拡散シリコン圧力センサーに続く圧力センサーのもう1つの主要な技術革新であり、現在、力に敏感なZ素子は、国内外でデジタル信号出力を備えた唯一の感応素子です。 したがって、セラミック厚膜プロセスと力感知 Z 要素の最も単純な回路の独創的な組み合わせにより、優れた性能と低コストを備えた新しいタイプのセンサーを生成できます。 具体的には、セラミック厚膜プロセスには次の利点があります。

● セラミックエラストマーは優れた性能を発揮し、平坦で均一かつ緻密な材料は、塑性変形することなく、その範囲内で厳密にフックの法則に従います。

●厚膜抵抗器（高温導体含む）は接着剤なしでセラミック弾性膜と強固に焼結できます。 剛性構造は、小さなクリープ、小さなドリフト、安定した静的性能、優れた動的性能を備えています。

● 厚膜エラストマーは構造がシンプルで準備が容易です。 拡散シリコン圧力センサーと比較して、拡散抵抗弾性膜を形成するために半導体平面プロセスを必要としないため、PCB生産ラインの初期投資と処理コストが大幅に削減されます。

●セラミック厚膜構造のため、液体・気体媒体の腐食に強く、ステンレスダイヤフラムやシリコンオイルの変換・絶縁が不要で、パッケージ構造が簡素化され、さらなるコストダウンを実現。

●広い作業範囲。 測定範囲は、ダイヤフラムの厚さに対する有効半径の比率によって異なります。 微圧が1Kpa以上であれば、原理的にはより高い測定範囲も達成しやすいです。

●-40℃～120℃までの広い動作温度範囲。

セラミック厚膜力デジタルセンサの構造設計

セラミック厚膜力デジタルセンサーは、主にセラミックリング、セラミックダイアフラム、セラミックカバープレートで構成されています。 力を感知するエラストマーとして、セラミック メンブレンは 95% Al2O3 磁器で仕上げられています。 平らで、均一で、緻密であることが求められます。 その厚さと有効半径は、設計範囲によって異なります。ポーセリンリングは、ホットダイカスト法により高温で焼成されます。 セラミック膜とセラミックリングの間に高温ガラススラリーを使用し、厚膜印刷と熱焼成技術によって一緒に焼成して、周囲に固定されたサポートを備えた力感知カップ形状のエラストマーを形成します。つまり、クリープのない剛性構造です。 セラミックの周囲の固定サポートに形成されます。 セラミック膜の上面、つまり磁器カップの底面に、厚膜プロセス技術を使用してセンサーの回路を作成します。 セラミックカバープレートの下部にある円形の溝は、カバープレートとダイアフラムの間に一定のギャップを形成します。 リミッティングにより過負荷時の過度な曲げによるダイアフラムの破損を防止し、回路基板センサーの過負荷保護を形成します。