试论高温高压压力传感器的设计.doc

试论高温高压压力传感器的设计 .doc试论高温高压压力传感器的设计
王蕾河南省新乡市质量技术监督检验测试中心 453000
【文章】
我们知道,压力传感器中主要使用的压电材料主要是比较固定的,有些材料在一定的温度范围之内是比较稳定的,但是超过一定的温度值以后这些材料的压力性质就完全改变了。本文针对石油化工等领域中高温下较高压力测量的要求,提出了高温高压压力传感器系统,设计出了高精度稳定性佳的耐高温高压压力传感器,希望通过本人的设计能够对于压力传感器的发展起到进步作用。
【关键词】
高温高压;压力传感器;设计在石油开采、化工领域的压力测量中,对压力传感器提出了耐高温、微型化、抗腐蚀等要求,传统的硅扩散压力传感器当温度在100℃以上时,器件就无法工作。因此设计制作高温压力传感器是非常有必要的。
1 压力传感器相关知识简述
压力传感器定义概括
所谓的传感器就是能够感受到被测量的并且按照一定规定的转换规律,然后转换成可以运用到实际工作中的输出信号的一种工作器件或工作装置。从下面图示1-1 我们来了解一下传感器的主要组成结构:
通用型耐高温压力传感器主要应用于电力能源、加速度、石油化工等领域高温环境下,应用中要求压力传感器具有耐高温、微型化、抗腐蚀等特点。因此,在传感器技术中,设计制作高温压阻式压力传感器有其必要性。
压力传感器的分类
按工作原理来分类,可以分为:电容式、压阻式、电感式、智能式、压电式等。当然,我们也可以采用压力传感器所使用的材料对其进行不同的归类,按材料分类压力传感器可分为:金属压力式、氧化物压力式、半导体压力式、余属压力式、光学压力式传感器等。
2 相关压力传感器与性能简述
光纤光栅(FBG) 传感器
FBG 已成为目前最具有发展前景和影响力的光测新技术,但其适用范围仍被局限于低温、低压领域。很多国家针对FBG 高温高压传感器进行了研究,但温度指标均未超过300 度。当然,光纤光栅在用于高温、高压以及油气井等环境下的作业环境中就受到了一定的限制。
蓝宝石压力传感器
这种传感器是利用应变电阻式的方式,采用硅- 蓝宝石作为主要组成元件,有这种原件组成的压力传感器具有很好的性能。因为蓝宝石有着很强的绝缘特性和弹性,并且,它比硅还要坚固很多,硬度也更高,在实际应用中还不怕形变,因为蓝宝石系主要由单晶体的绝缘成分组成。因此,利用硅- 蓝宝石制造的压力传感器元件,可在最恶劣的工作条件下正常工作,对温度变化不敏感,即使在高温条件下,也有着很好的工作特性;温度误差极小、性价比高。
压阻式压力传感器
这种传感器是应用最广泛的压力传感器之一,是获得广泛应用,而且是发展迅速的一种新的物性型传感器;它具有灵敏度高、准确度高、动态响应好、易于微型化等特点。它很容易适用于批量的生产,并且能够方便地实现运用系统的可操作性与稳定性。所以,它具有代表性的成为受到人们重点开发并普遍重视的新型传感器。
3 高温高压压力传感器的设计探析本文对于高温高压压力传感器的设计是基于以上几款压力传感器的基础上,通过本人在工作的实际过程中,建设性的提出了个人的设计思路,主要做法有以下几点。
制备材料与设计
制备材料的两种主流技术是注氧隔离技术和键合技术,注氧隔离技术是指工艺中大剂量的氧离子被注入到起始硅片中,然后进行高温退火处理形成高温高压