壓力/差壓傳送器為即時傳輸實際壓力變化數值,具有連續監測的功能。
YourHonor壓力傳送器有擴散硅式、單晶硅式以及電容式。
擴散矽壓力感測器(Diffusion Silicon Pressure Sensor)的核心原理,簡單來說就是利用單晶矽的「壓阻效應」(Piezoresistive effect),將受力產生的形變轉換為電訊號。
擴散矽壓力感測器的原理,可以用 「壓力 ➔ 變形 ➔ 電阻改變 ➔ 輸出訊號」 來簡單概括:
受壓變形: 外界的壓力推動裡面一片極薄的「矽晶片」,讓它產生肉眼看不見的微小彎曲。
電阻改變(核心): 矽材料有一個神奇特性,一旦彎曲受力,它的「電阻」就會明顯變大或變小。
輸出訊號: 裡面的微電路偵測到這個電阻變化,把它轉成電訊號(電流或電壓)傳送出來。
電容式壓力感測器(Capacitive Pressure Sensor)的原理,可以用 「壓力 ➔ 變形 ➔ 間距變小 ➔ 電容變大」 來理解:
基本結構: 內部有兩片互相平行的金屬板,中間隔著一小段空隙,這就構成了一個基本的電容器。
受壓變形: 其中一片金屬板是固定的,另一片則是會隨壓力彎曲的「彈性膜片」。當外界壓力推進時,這片膜片會被往內推。
電容改變(核心): 當膜片被推近,兩片金屬板之間的「距離(間距)變小」了。在電學中,兩板靠得越近,儲存電荷的能力(也就是電容值)就會跟著變大。
輸出訊號: 內部電路偵測到電容值的變化,就能精準計算出壓力大小,並轉換成標準電訊號傳送出去。
單晶矽壓力感測器(Monocrystalline Silicon Pressure Sensor)是目前工業現場最頂級、最精密的感測技術之一(常見於高階差壓變送器)。
它的原理可以用 「壓力 ➔ 變形 ➔ 頻率改變(或電阻改變) ➔ 輸出超高精度訊號」 來理解:
懸浮式設計(核心結構): 它的量測元件(Measuring silicon wafer)是一整塊完美的單晶矽晶片,通常採用「懸浮式」設計放置在感測器中心,不直接接觸外殼,徹底隔絕外界的機械應力和溫度干擾。
受壓變形: 當外界壓力(Pressure)傳導進來時,會推動這塊單晶矽片,使其產生極其微弱、但非常穩定的彈性形變。
阻值改變:同樣利用單晶矽的壓阻效應,但因為晶體結構比擴散矽更純淨完美,受力時的「電阻變化」極其線性且幾乎沒有遲滯。
輸出訊號: 電路偵測到這個超高精度的頻率或電阻變化,轉換成極度穩定的數位或模擬訊號。
差壓感測單晶矽式(Monocrystalline Silicon Differential Pressure)的原理,其實就是把前面提到的單晶矽技術,拿來做「減法題」。
它的核心原理可以用 「左右夾擊 ➔ 核心單晶矽片受壓變形 ➔ 偵測差值」 來簡單理解:
左右雙側受壓: 差壓感測器兩邊都有進氣/進液口(高壓側 H與低壓側 L)。兩邊的壓力會同時透過內部的矽油,一起傳導到中間最核心的單晶矽核心晶片上。
中心對比(做減法): 這塊單晶矽晶片就像一個夾在中間的精準天平。如果高壓側的壓力大於低壓側(H > L),單晶矽片就會被推向低壓的那一邊,產生微小的彈性形變。