硅电容式压力传感器的敏感元件是半导体薄膜,它可以由单晶硅、多晶硅等利用半导体工艺制作而成。典型的电容式传感器由上下电极、绝缘体和衬底构成。当薄膜受压力作用时,薄膜会发生一定的变形,因此,上下电极之间的距离发生一定的变化,从而使电容发生变化。但电容式压力传感器的电容与上下电极之间的距离的关系是非线性关系,因此,要用具有补偿功能的测量电路对输出电容进行非线性补偿。由于高温压力传感器工作在高温环境下,补偿电路会受到环境温度的影响,从而产生较大的误差。基于模型识别的高温压力传感器,正是为了避免补偿电路在高温环境下工作产生较大误差而设计的,其设计方案是把传感器件与放大电路分离,通过模型识别来得到所测环境的压力。高温工作区温度可达350 ℃。传感器件由铂电阻和电容式压力传感器构成。

高温压力传感器由硅膜片、衬底、下电极和绝缘层构成。其中下电极位于厚支撑的衬底上。电极上蒸镀一层绝缘层。硅膜片则是利用各向异性腐蚀技术,在一片硅片上从正反面腐蚀形成的。上下电极的间隙由硅片的腐蚀深度决定。硅膜片和衬底利用键合技术键合在一起,形成具有一定稳定性的硅膜片电容压力传感器[2] 。由于铂电阻耐高温,且对温度敏感,选用铂电阻,既可以当普通电阻使用,又可以作为温度传感器用以探测被测环境的温度。金属铂电阻和硅膜片的参数为:0 ℃时铂电阻值为1 000Ω;电阻率为1. 052 631 6 ×10 - 5Ω?cm;密度为21 440 kg/ m3 ;比热为132. 51 J/ (kg?K) 、熔断温度为1 769 ℃,故铂电阻可加工为宽度为0. 02 mm;厚度为0. 2μm;总长度为3 800μm,制作成锯齿状,可在幅值为10 V 的阶跃信号下正常工作。电容式压力传感器的上下电极的间隙为3μm、圆形平板电容上下电极的半径为73μm、其电容值为50 pF。

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