I. Bevezetés
Az ipari folyamatszabályozás területén a nyomás/nyomáskülönbség mérés a gyártásbiztonság és a működési stabilitás biztosításának alapvető eleme. A hagyományos fém kapacitású vagy piezorezisztív szilícium érzékelők hajlamosak a membrán kifáradására, nulla elsodródásra, sőt extrém működési körülmények között szerkezeti károsodásra is, ami megnehezíti a nagy túlterheléssel és erős behatásokkal járó összetett forgatókönyvek követelményeinek kielégítését. Kihasználva a magas túlterhelés elleni védelmi kialakítást és a kiváló mechanikai stabilitást, monoszilíciumNyomásérzékelőkaz olyan iparágakban, mint a petrolkémia, az elektromos energia és a kohászat kedvelt mérési megoldásává váltak. Ez a cikk szisztematikusan kidolgozza a monoszilícium nagy túlterhelésű érzékelők műszaki előnyeit és alkalmazási értékét, kombinálva a szerkezeti elveket a gyakorlati ipari forgatókönyvekkel.
II. A monoszilícium nagy túlterhelés-érzékelők szerkezeti elvei
2.1 Magszerkezet és túlterhelés elleni védelmi mechanizmus
Monosilicon nagy túlterhelésNyomásérzékelőkalkalmazzon egy több-rétegű védőszerkezetet, amely kettős szigetelő membránból, egy középső membránból és olajjal{1}}töltött nyomásátvitelből áll. Az alapelvet az ábra szemlélteti:
- Nyomásátviteli útvonal:A nagy{0}}nyomású oldalon/alacsony{1}}nyomású oldalon lévő közepes nyomás a szigetelő membránra hat. A nyomás egyenletesen továbbítódik a hullámos középső membránra a belsőleg töltött szilikonolajon keresztül, majd az olajpályán keresztül a felső monoszilícium chiphez. Végül a chip a nyomáskülönbséget elektromos jelkimenetté alakítja.
Magas túlterhelés elleni védelmi mechanizmus:
- Limit védelem:A középső membrán speciális anyagból készült. Túlterhelési nyomás (pl. túlnyomás, vízkalapács ütközés) hatására deformálódhat, megakadályozva a nyomás átvitelét a forgácsra, ezáltal megvédve azt.
- Izolációs pufferelés:A két szigetelő membrán szolgál az első védelmi vonalként. A középső membránnal együttműködve ellenállnak a pillanatnyi nagynyomású{1}}ütéseknek. Amikor a szigetelő membrán érintkezik a hordozóval, és a középső membrán egyidejűleg deformálódik, ez megakadályozza a további nyomásátvitelt a chipre. A szigetelő membránok a közeget is elszigetelik a magérzékelő elemtől.
- Olaj-töltött nyomáskiegyenlítés:A szilikonolaj nyomásátvivő közegként működik, egyenletesen osztja el a nyomást, elkerüli a helyi feszültségkoncentrációt, és tovább növeli az ütésállóságot.
2.2 A monoszilícium anyag mechanikai előnyei
A monoszilícium anyag rendkívül alacsony hiszterézist, ultra-magas rugalmassági határt és hosszú{1}}stabilitást kínál:
- Stabil rugalmassági modulus, gyakorlatilag nincs mechanikai teljesítmény-eltolódás a -40 és 125 fok közötti széles hőmérsékleti tartományban.
- A hagyományos fémanyagoknál lényegesen nagyobb folyáshatár, plasztikus deformáció nélkül képes ellenállni a mérési tartomány többszörös túlterhelési nyomásának.
- Az egységes kristályszerkezet biztosítja a nyomás-elektromos jel-átalakításának linearitását és megismételhetőségét.
