[发明专利]时差振荡高精度压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于压力测量的高精度压力传感器，尤其是应用于工业和民用的高精度压力测量，具备抗干扰能力强、性能稳定、数字输出和低功耗的特点。

背景技术

上世纪90年代，随着MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）技术的成熟和微电子技术特别是数字技术的发展，工业自动化仪表迫切需求新型的、高精度的、稳定性好的检测器件，对各种检测原理重新进行审视和评估。以硅基材料为主的检测原理有硅压阻、硅电容、硅谐振等三种，国外对这3种原理的压力传感器及相应的变送器生产已经十分成熟并几乎垄断国内变送器市场，在国内建立了独资或合资公司。但至今为止以国内自有技术与变送器配套，能产业化的高精度压力传感器尚未出现。

微硅压阻式压力传感器是目前市场上最成熟、市场占有率最高的微硅压力传感器。微硅压阻式压力传感器由压力敏感膜片和制作在其表面的压敏电阻两部分构成，当压力作用于压力敏感膜片上时，压力敏感膜片变形并引起压敏电阻阻值变化，通过测量压敏电阻两端的电压变化就可以得到待测压力值。微硅压阻式压力传感器制作工艺简单、利于检测、成本低廉，但是由于其固有的零漂和温漂等问题，一般仅适合于对精度和长期稳定性要求不高的场合。本发明时差振荡硅压力传感器与微硅压阻式压力传感器相比具有高精度、性能稳定、高可靠性等优点，另外时差振荡硅压力传感器为数字输出，避免了变送单元的AD转换的精度损失，提高变送器的整体精度等级。

微硅电容式压力传感器是20世纪80年代以后发展起来的一种微硅压力传感器，一般由两个固定电极和中间可变电极构成，中间电极的位移随待测的压力变化，通过电容值的测量可以达到压力检测的目的。微硅电容式压力传感器灵敏度高于微硅压阻式压力传感器，同时具有抗过载、更高的稳定性和零点低温漂特性，但微硅电容式压力传感器缺点是存在一定的非线性，特别因介电介质受温度影响介电常数产生变化，影响传感器的满量程输出，（满量程影响最大）需要通过后续电路补偿精度损失。本发明时差振荡硅压力传感器与微硅电容式压力传感器相比具有高精度、性能稳定、高可靠性等优点、数字输出。生产工艺要求本发明与微硅电容式压力传感器基本相比要简单、成本合适。

微硅谐振式压力传感器是目前高精度压力传感器之一，它通过检测物体固有频率间接测量压力，为准数字信号输出，其高精度、性能稳定、结构紧凑、功耗低、体积小。一直是各国研究和开发的重点，作为工业级产品精度有0.075%和0.04%两个级别，最高可以达到0.01%通常用于高精度压力试验仪器，是高端压力测量和高精度压力检测试验仪器的不错选择。相关生产工艺复杂，压力芯体常由激励电极、硅岛、谐振梁、振子和压力敏感膜片等机构组成，要求具备完善的工艺条件，需昂贵的工艺装备。微硅谐振式压力传感器相当昂贵，不易形成规模和产业化。本发明基于MEMS技术的时差振荡高精度硅压力传感器与其性能相当，但相对工艺简化，更容易形成规模和产业化且成本相对便宜具有优势。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种高精度、高可靠、高稳定、低功耗的时差振荡高精度压力传感器。

本发明为解决技术问题采用以下技术方案。

时差振荡高精度压力传感器，其结构特点是，包括压力测量单元、比较器、时间测量单元和测量控制单元；所述压力测量单元包括传感单元和放电电容C，所述传感单元包括应变电阻R_+dR、应变电阻R_-dR、热敏电阻R_temp和比较电阻R_ref；所述压力测量单元和时间测量单元均与所述测量控制单元相连接；所述压力测量单元通过所述比较器与所述时间测量单元相连接，所述比较器通过时间测量单元与测量控制单元相连接；结型场效应管Q与外部电源、放电电容C和测量控制单元相连接。

本发明的时差振荡高精度压力传感器的结构特点也在于：

所述测量控制单元包括有多个用于输出压力数字信号的串行数字输出端口。

所述结型场效应管Q为开关管。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：