陶瓷电容压力传感器的特点及典型应用

常用压力传感器技术类型压力传感器一般用作对传感器脆弱器件所处气体或液体氛围的压力测量，一般用作对系统给系统主控单元，构建系统准确掌控。压力传感器作为传感器中的众多门类，在汽车、工业、家电、消费电子等有所不同行业皆有普遍的应用于。常用压力传感器从感测原理来区分，主要还包括如下几大类：-硅压压技术-陶瓷电阻技术-玻璃扰熔技术-陶瓷电容技术硅压压技术由半导体的压阻特性来构建，半导体材料的压阻特性各不相同材料种类、掺入浓度和晶体的晶向等因素。

该技术可以使用半导体工艺构建，具备尺寸小，产量低、成本低、信号输入灵敏度高等优势。不足之处主要反映在介质耐受性程度较低，温度特性劣和长年稳定性较好等方面。多见于中高压量程范围，如5kPa~700kPa。业界也有通过类似PCB工艺提升硅压压技术的介质耐受性程度的方案，如充油、背压等技术，但也不会带给成本大幅度减少等问题。

陶瓷电阻技术使用厚膜印刷工艺将惠斯通电桥印刷在陶瓷结构的表面，利用压敏电阻效应，构建将介质的压力信号切换为电压信号。陶瓷电阻技术具备成本高，工艺非常简单等优势，目前国内有较多厂家获取陶瓷电阻压力传感器芯体。

但该技术信号输入灵敏度较低，量程一般限定版在500kPa~10MPa，且常规中空结构，只能靠膜片承压，外用短路能力差，当待测介质压力短路时，陶瓷电阻传感器不会不存在膜片裂痕，介质泄漏的风险。玻璃扰熔技术使用高温工件工艺，将硅应变计与不锈钢结构融合。

硅应变计等效的四个电阻构成惠斯通电桥，当不锈钢膜片的另一侧有介质压力时，不锈钢膜片产生微小应力引发电桥变化，构成正比于压力变化的电压信号。玻璃扰熔工艺构建可玩性较小，成本高。主要优势是介质耐受性好，外用短路能力强劲，一般限于于高压和超高压量程，如10MPa~200MPa，应用于更为有限。陶瓷电容技术使用固定式陶瓷基座和铰链陶瓷膜片结构，可一动膜片通过玻璃浆料等方式与基座密封相同在一起。

两者之间内侧印刷电极图形，从而构成一个可变电容，当膜片上所忍受的介质压力变化时两者之间的电容量随之发生变化，通过调理芯片将该信号展开切换调理后输入给后级用于。陶瓷电容技术具备成本高，量程范围长，温度特性好、一致性、长年稳定性好等优势。国际上来看普遍应用于汽车与工业过程控制等领域，分别以美国森萨塔和瑞士E+H为代表。

由于电容信号不同于电阻信号，对信号处理电路拒绝较高，传感器设计时必须将电容和信号调理芯片ASIC协同考虑到，国内目前仅有苏州纳芯微电子股份有限公司需要同时获取两者统合的原始解决方案。陶瓷电容压力传感器的产品设计陶瓷电容压力传感器芯体检力原理典型陶瓷电容压力传感器芯体为密封表压结构，由陶瓷基座和可变形膜片及中空密封腔体三部分构成，承压面为可变形膜片，当芯体承压发生变化时，变形膜承压后再次发生倾斜，造成基板间距发生变化，引发极板间电容的变化，电容变化通过调理芯片切换为标准输入（如0~5V电压输入、4~20mA电流输入、I2C、SPI数字输入等）。图1：陶瓷电容压力传感器承压前截面图图2：陶瓷电容压力传感器承压后截面图典型陶瓷电容压力传感器密封结构为确保气密性，在陶瓷电容压力传感器的产品设计种，搭配O型圈或者垫片作为密封的关键部件，其中O型圈更加少见。

因为O型圈不具备优良的线性密封特性，承压范围长于垫片（垫片一般引荐用作2MPa以内的密封）等优点。O型圈的尺寸、材质、硬度等参数自由选择将直接影响最后压力传感器的产品性能，必须融合可调尺寸、待测介质类型、工作温度范围等因素综合考虑到后选型。压力传感器中少见的O型圈材料有三元乙丙橡胶（EPDM），氢化丁腈橡胶（HNBR），硅橡胶（QM），氯丁橡胶（CR）、氟橡胶（FKM）、氟硅橡胶（MFQ）等。

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