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摘要 長(cháng)期以來(lái)，壓力傳感器在工業(yè)應用中一直扮演著(zhù)一個(gè)很重要的角色。而SMI是基于半導體的較小型的傳感器，提供中壓力和低壓力的選型，有助于市場(chǎng)的發(fā)展，從而催生了一些新型的設備和新的應用。同時(shí)，壓力傳感器應用于環(huán)�！熬G色”建筑領(lǐng)域中，主要完成對整棟建筑物的氣流控制。SMI壓力傳感器的封裝產(chǎn)品、芯片均可以滿(mǎn)足很多工業(yè)應用的要求。本文主要闡述SMI壓力傳感器在通風(fēng)、空調領(lǐng)域的應用。 1、概述 隨著(zhù)社會(huì )日益進(jìn)步，人類(lèi)對其生活環(huán)境質(zhì)量要求提高，以及對常見(jiàn)傳染病的預防，使人類(lèi)對公共場(chǎng)合有了更高的要求。由于人口聚集使得空氣中得一氧化碳、二氧化碳及氨氣濃度增加，致使室內空氣下降，對人體產(chǎn)生重大損害，并且易造成傳染病的傳播。在大型商場(chǎng)，綜合超市，商品專(zhuān)業(yè)店，服務(wù)專(zhuān)業(yè)店和餐飲以及火車(chē)站候車(chē)室、汽車(chē)站候車(chē)室等公共場(chǎng)合有嚴格的通風(fēng)要求。 改善公共環(huán)境空氣條件就要讓公共環(huán)境的空氣與外界空氣進(jìn)行交換。室內處于負壓狀態(tài)，而讓外界空氣進(jìn)入公共環(huán)境中，就要有壓力差的存在，我們可以通過(guò)壓力傳感器感受到室內壓力的大小控制通風(fēng)設備，實(shí)現智能控制。 SMI是美國一家專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)微差壓傳感器芯片的廠(chǎng)家，是專(zhuān)注于低微量程，成本低，性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，占定了絕大部分市場(chǎng)份額。 2、應用SMI壓力傳感器的系統組成 SMI壓力傳感器就是將壓力物理量轉換成電效應，SMI壓力傳感器能測量微小壓力、精度高、輸出程線(xiàn)性、帶溫度補償、后期應用電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，能精確的測量環(huán)境中空氣流動(dòng)的微小壓力。下圖是典型的信號流程圖。 壓力傳感器測量室內外壓力差值將物理量轉換成電壓信號；信號處理系統是處理電壓信號，將輸入的壓力傳感器提供的電壓信號進(jìn)行放大、調零、調滿(mǎn)度以及進(jìn)行數字顯示實(shí)現遠程監控;控制系統通過(guò)接收信號處理系統出來(lái)的信號，控制室內排風(fēng)扇的啟動(dòng)與關(guān)閉，從而遠程控制室內負壓值，實(shí)現智能控制以及節能效果。 如果信號處理過(guò)程中，將測量的壓力差經(jīng)過(guò)放大處理后變成標準的0-20MA變送器信號，這樣能直接融合到公共環(huán)境的各式各樣的控制系統中，具有良好的通用性。是未來(lái)公共環(huán)境控制系統的一個(gè)重要組成部分。 3、SMI微壓傳感器的技術(shù)原理 美國Silicon Microstructures INC.開(kāi)發(fā)了一系列價(jià)位低、線(xiàn)性度在0.3%到0.05% 范圍內的硅微結構壓阻式傳感器，滿(mǎn)量程為0.15psi(1KPa)、0.3psi(2KPa)、0.8psi(5KPa)、1.5psi(10KPa)、3 psi(20KPa)、最低滿(mǎn)量程為0.15psi(1KPa)，被列為超低壓力測量范圍。 美國SMI廉價(jià)的壓阻式、超低壓傳感器成功的關(guān)鍵是它的創(chuàng )新的物理刻蝕設計。一般來(lái)說(shuō),硅微壓力傳感器芯片采用扁平膜來(lái)測量壓力，而SMI傳感器芯片采用三維膜片結構,用硅刻蝕工藝將產(chǎn)生的應力(壓力)集中在傳感電阻處。這樣在保持總體精度和線(xiàn)性度的同時(shí)仍有很高的靈敏度。80% 的應力傳遞到膜片中的梁式區域,而膜片丟失的應力只有20%。 除了壓阻器所處的四周外，膜片的所有部分都減薄，從而得到膜片的浮凸結構。由于傳感器看起來(lái)像機械信號的放大器，因而便于把膜片運動(dòng)的應力集中在壓阻器上，增加的應力極大地提高了信號輸出，膜片上的浮凸用做終止層。四周的薄膜有效地將器件密封起來(lái)。因此壓力不會(huì )前后移動(dòng)。此外，在器件的結構內，離子注入電阻形成壓阻式惠斯登電橋，凹坑減少了器件的總震動(dòng)質(zhì)量。 SMI壓力傳感器無(wú)需校準即能提供線(xiàn)性度優(yōu)于1% 的傳感信號。因此，SMI壓力傳感器是一種性能優(yōu)越、全集成化的單片硅器件。 SMI使用了一套專(zhuān)門(mén)設計的軟件由計算機對傳感器作靜態(tài)和動(dòng)態(tài)仿真，并進(jìn)一步計算壓力傳感器芯片的尺寸，使靈敏度和線(xiàn)性度滿(mǎn)足預定要求。在生產(chǎn)方面，官方采用雙板、CMOS或EPROM等成功的工藝，從而提高器件的可靠性、增加成品率并降低成本。 4、SMI應用電路設計 SMI使用先進(jìn)的硅微結構壓力傳感器，并集成信號調節ASIC技術(shù)，大大的簡(jiǎn)化了高性能壓力傳感器的使用。其中，SM5812和SM5852系列高性能壓力傳感器可以直接安裝在標準的PCB板上，經(jīng)過(guò)放大、高精確性、校準過(guò)的壓力信號可以通過(guò)數字接口或者模擬輸出。這可以省去額外的電路，例如補償電路或者自定義的微控制器校準電路。下圖是SM5651典型應用電路圖。 5、結論 SMI壓力傳感器是全固態(tài)、體積小、重量輕、價(jià)格低廉，特別適合在通風(fēng)、空調領(lǐng)域的應用。 隨著(zhù)集成電路制造技術(shù)極微機械加工技術(shù)的不斷發(fā)展，其產(chǎn)品性能會(huì )逐步提高，此產(chǎn)品在智能機器人、航空航天、生物醫學(xué)工程、汽車(chē)工業(yè)及家用電器等眾多領(lǐng)域有著(zhù)很高的應用前景。 |
