Как известно, качественное выполнение большинства производственных операций невозможно без мониторинга отдельных технологических параметров, в частности, температуры и давления и др.. Так, например, показатели давления могут характеризовать состояние рабочей среды в технологических процессах нефтехимической промышленности, при химической переработке природных и синтетических веществ. Поддержание заданного давления является важной задачей при эксплуатации сложных станков, приборов, используемых для научных исследований. В автомобильной промышленности используют средства измерения давления рабочей среды для поддержания работы двигателя и безопасности других систем. Очевидно, что особенности применения измерительных систем предполагают достаточно жесткие требования как к рабочим параметрам, так и к габаритным размерам и дизайну компонентов.

Среди ведущих мировых производителей средств измерения и контроля давления в сложном промышленном оборудовании и лабораторных установках можно выделить фирму Epcos. Разрабатываемые компанией высокопрецизионные сенсорные системы и датчики позволяют получать комплексные данные по избыточному и абсолютному давлению в установках широкого функционального назначения. Выпускаемые компоненты откалиброваны и обладают встроенной схемой термокомпенсации. Погрешность измеренных данных, как правило, не превышает 1%. Основными преимуществами сенсоров Epcos являются миниатюрные размеры корпуса, а также высокая точность, стабильность параметров и надежность при эксплуатации. Отсутствие в составе сенсоров дорогостоящих материалов и простота изготовления позволяют компании осуществлять выпуск компонентов с низкой себестоимостью большими сериями.

Принцип действия датчиков давления Epcos основан на пьезорезистивном эффекте. В частности, в разделительной диафрагме из монокристаллического кремния за счет перепада давления на разных ее концах возникает механическое напряжение, которое, в свою очередь, приводит к изменению сопротивления сенсора. Сформированные на диафрагме пьезорезисторы подключены в мост Уитстона и позволяют преобразовывать изменение сопротивления в электрический сигнал, величина которого пропорциональна приложенному давлению. Давление внешней среды, воздействуя на чувствительный элемент, вызывает его деформацию, а разница температур между контактирующей со средой поверхностью и планарной стороной кристалла приводит к возникновению в его объеме теплового потока. Под воздействием давления и температуры пьезорезисторы и терморезисторы изменяют свои сопротивления пропорционально деформации и разнице температур, соответственно. Изменения преобразуются в мостовой схеме в потенциальные или токовые сигналы, которые, после корректировки по температуре и нормализации по уровню, через внешние выходы подаются в измерительное приемное устройство. Применение кремниевого сенсорного преобразователя давления позволяет значительно повысить временную и температурную стабильности изделий по сравнению с другими приборами для измерения давления. В зависимости от области применения датчик может быть использован как кристалл, являющийся чувствительным элементом, а также в качестве сенсора, помещенного в герметичный корпус, позволяющего определять давление рабочей среды.

Для определения абсолютного давления в датчике (Absolute Pressure Sensor) необходимо поддерживать вакуум, который в данной сенсорной системе является эталонной точкой для сравнения с измеряемым давлением и создается благодаря жесткому соединению чувствительного элемента с основанием из стекла методом анодного сращивания. В этой связи, измеряемая среда находится в контакте с активными электронными компонентами, находящимися на лицевой стороне датчика. Измерение давления осуществляют в сухой не агрессивной среде.

В случае проведения измерений в жестких условиях, а также в водной среде следует избегать применения лицевой поверхности чипа. Это условие соблюдается при использовании входа обратной стороны датчика для взаимодействия с измеряемой средой и создания области с вакуумом на лицевой стороне.

Датчик дифференциального давления (Differential Pressure Sensor) используют для определения разности давления среды, а также измерения расхода жидкостей, газа, пара, уровня жидкости. Давление подается на обе стороны диафрагмы. Перепад давлений измеряется за счет отверстия в основании из стекла. Полярность выходного сигнала изменяется в зависимости от той стороны сенсора, на которой давление выше.

Для определения избыточного давления (Gauge Pressure Sensor) применяют специальную конструкцию сенсора (differential pressure sensor), в которой с рабочей средой могут контактировать как лицевая, так и обратная стороны сенсора. В основном эти датчики используют для индикации уровня жидкости.

Области применения:

В промышленности: Гидравлические и пневматические машины; измерение основных параметров и контроль технологических процессов; климатическая защита и охрана окружающей среды; газоанализаторы; системы отопления, вентиляции и кондиционирования в зданиях
Для потребителей: Барометрические измерения в переносных электронных устройствах; спортивное оборудование; HDD
Для автомобилей: Защита двигателя; удаление выхлопных газов; тормозные системы
В медицине: Аппараты для поддержки дыхания; оборудование для анестезии; мониторинг артериального давления

Основные технические параметры:

T_a- рабочая температура, °C
U _max- максимальное прикладываемое напряжение, В
R _S- полное сопротивление в мостовой схеме, кОм
S - чувствительность, мВ/Бар. Данная величина определяется для напряжения в мостовой схеме, равное 5 В
P_r- номинальное давление, Бар

Сенсорные элементы на основе монокристаллического кремния для измерения давления

обратная поверхность датчика Компанией выпускаются конструкции датчиков для измерения избыточного и абсолютного давления, в которых измеряемая среда может взаимодействовать с чувствительным элементом, поступая как с лицевой, так и с обратной стороны. Серии сенсоров C29 и C32 фирмы Epcos специально разработаны для измерения абсолютного давления в водной среде. Основное отличие этих компонентов от стандартных изделий заключается в наличии связанной с лицевой стороной камеры для измерения эталонного давления, в то время как определяемая среда подается на оборотную часть сенсора.

Основные технические характеристики:

Серия	диапазон рабочих давлений, Бар	Условия измерения	T_a , °C	U_max, В	Размеры кристалла, мм	Код заказа	Подробнее
С 41	0.025...0.060	Избыточное/обратная сторона Среда: не агрессивная, жидкости и газы	-40...+135	10	5.05x5.05	B58601G5010A001 B58601G5010A002
С 27	0.025...1.0	Абсолютное/лицевая сторона Среда: не агрессивная, газы	-40...+135	10	3.05x3.05	B58600C5010A003 B58600C5010A004 B58600C5010A005
С 27	0.1...1.0	Избыточное/обратная сторона Среда: не агрессивная,жидкости и газы	-40...+135	10	3.05x3.05	B58601C5010A006 B58601C5010A007 B58601C5010A008 B58601C5010A009
С 28	2.5...25.0	Абсолютное/лицевая сторона Среда: не агрессивная, газы	-40...+135	10	2.05x2.05	B58600D8010A011 B58600D8010A012 B58600D8010A013 B58600D8010A014
С 28	2.5...25.0	Избыточное/обратная сторона Среда: не агрессивная, газы	-40...+135	10	2.05x2.05	B58601D8010A016 B58601D8010A017 B58601D8010A018 B58601D8010A019
С 28	2.5...25.0	Избыточное/лицевая сторона Среда: не агрессивная безводная	-40...+135	10	2.05x2.05	B58601D8010A024 B58601D8010A025 B58601D8010A026 B58601D8010A027
С 29	1.0...10.0	Абсолютное/обратная сторона Среда: не агрессивная, жидкости и газы	-40...+135	10	2.2х2.7	B58600E0410A020 B58600E0410A021 B58600E0410A022 B58600E0410A023 B58600E0410A002 B58600E0410A003 B58600E0410A00 B58600E0410A005
С 32	1.6...25.0	Абсолютное/обратная сторона Среда: не агрессивная, жидкости и газы	-40...+135	10	1.65х1.65	B58600H8400A037 B58600H8400A039 B58600H8400A038 B58600H8400A040
С 32	1.6...25.0	Абсолютное/лицевая сторона Среда: не агрессивная, жидкости и газы	-40...+135	10	1.65х1.65	B58600H8000A001 B58600H8000A002 B58600H8000A003 B58600H8000A004
С 32	1.6...25.0	Избыточное/обратная сторона Среда: не агрессивная, жидкости и газы	-40...+135	10	1.65х1.65	B58601H8000A035 B58601H8000A033 B58601H8000A036 B58601H8000A034
С 33	1.0...1.0	Абсолютное/лицевая сторона Среда: не агрессивная, жидкости и газы	-40...+135	10	1.2	B58600I0000A001

Датчики давления

обратная поверхность датчика Выпуск серий датчиков Epcos АК2, АТ2, ASB 1200, T5100 основан по MEMS-технологии. Как и в случае с сенсорами серий C27...C33, здесь используется пьезоэффект. Так, например, в основе конструкции компонентов для измерения избыточного и абсолютного давления серии AK2 и АТ2, соответственно, присутствует сенсор давления с монокристаллом кремния, работающий на пьезорезистивном эффекте. Прочный корпус, выполненный из стали/пластика, характеризуется улучшенными механическими свойствами. На выходе сигнал фиксируется без калибровки и термокомпенсации. Компоненты T5100 для измерения давления основаны на серии сенсоров с монокристаллом C33. Сигнал с мостовой схемы поступает в приемник без калибровки и термокомпенсации. Все изделия соответствуют директиве RoHS.

Основные технические характеристики:

Серия	диапазон рабочих давлений, Бар	Условия измерения	T_a , °C	U_max, В	Размеры кристалла, мм	Код заказа	Подробнее
AK2, KD тип	0,025...0,4	Избыточное Среда: не агрессивная, жидкости и газы	-40...+125	10		B58611K1100A00 B58611K1100A002 B58611K1100A003 B58611K1100A004 B58611K1100A005
AK2, KС тип	1,0...25,0	Избыточное Среда: не агрессивная, жидкости и газы	-40...+125	10		B58611K1100A006 B58611K1100A007 B58611K1100A008 B58611K1100A009 B58611K1100A010
AT2	1,0...25,0	Абсолютное Среда: не агрессивная, газы	-40...+125	10		B58610T4600A001 B58610T4600A002 B58610T4600A003 B58610T4600A004 B58610T4600A005 B58610T4600A006 B58610T4600A007
T5100	1,2	Абсолютное Среда: не агрессивная, газы	-40...+125	10		-