美国科莱特半导体产品有限公司（Kulite Semiconductor Products,Inc.）压力传感器测量技术

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在压阻传感器科学工程领域，Kulite被公认为全球领头者。硅压阻压力传感器是Kulite的核心 产品，但是Kulite已经将过去简单的桥路电阻传感器升级到高技术的硅绝缘传感器－－无引线 传感器，这是Kulite的一个创新设计，使其可用于高振动、高加速度和高温环境。 此外，Kulite是第一商用裸硅应变片供应商。 Kulite一直致力研究发展新传感技术，同时也在升级现有产品。
目前我公司重要发展产品如下：
　　 ※　高温无引线压力传感器，可持续工作在550℃，可瞬态工作于650℃。
　　 ※　水冷式/ 气冷式压力传感器可工作于550℃－1100℃
　　 ※　高温电路，可工作于250℃高温环境
　　 ※　加速度补偿型压力传感器
　　 ※　压缩机和燃烧不稳定性脉动压力测量
　　 ※　动态压力和静态压力同时测量型压力传感器
　　 ※　加速度不敏感型压力传感器
　　 ※　用于飞行试验的高温扁平外壳型压力传感器
　　 ※　数字修正型压力传感器
　　 ※　取代电位计的固态技术
　　 ※　压力 /　温度复合型传感器
　　 ※　世界最小的压力传感器

压力传感器
※　高过载压力：5到200倍额定压力不会影响传感器性能，包括差压传感器的“两方向”过载压力；
※　压力范围：从1psi满量程到30000psi满量程（绝压、表压、密封表压、差压）
※　苛刻工作温度范围：可在550℃高温下持续工作；可在零下196℃低温条件下持续工作
※　同步的动、静态压力测量：用同一个传感器即可测量稳态压力，也可测量动态压力
※　桥路电阻：典型电阻值为1000欧姆，可根据用户要求定制350－4000欧姆电阻
※　承受高振动：100g峰值，正弦10Hz－5KHz
※　校准：根据客户要求特殊选项供参考
压力传感器通用性能
※　传感器输出：
　　非放大输出型：100mV（典型满量程输出值，部分产品满量程输出从30mV到300mV）
　　放大输出型：标准输出信号选项有0 – 5VDC, 0.5 – 5VDC, 0 – 10VDC, 4 – 20mA（其他输出根据用户要求定制）
※　传感器外形/构造：多种传感器形状可供选择，包括多种压力接口和电气连接
※　潜水型压力传感器/变送器：防水型的压力传感器可在水下1100英尺（330米）深工作
※　压力开关：一个压力开关件上有一个或多个压力开关量输出。可用于高振动、恶劣的环境下，以及要求精确的端点设置场合。

Kulite无引线技术： 　　传统地，传感器硅芯片和传感器其它电路是通过细金丝连接起来的。这些细金属线被焊接到传感器芯片的金属焊点上，然后再到管脚或变送器其它处的印刷电路板上。这些细金线或焊接处容易疲劳而出故障，比如因高振动或快速的压力循环引起的疲劳。但这种方法仍被其它硅压力变送器生产厂商使用。 在Kulite无引线传感器中，这些细金属线及所有与之相关的问题都已经被解决。无引线传感器主要部件由传感器芯片和保护层组成。传感器芯片和保护层晶片通过静电粘结技术组装成传感器膜片。一旦两个保护层晶片粘合，就只有金属输出端焊点被露在外面，同时在硅芯片感应面上的规管电路连接被密封在保护层内。为了避免使用细金线和金球焊接头，Kulite使用高温传导玻璃在感应芯片和特殊设计接头之间作为电路连接。传感器膜片再用高温非传导玻璃粘结在该特殊设计的接头上，同时加工保护层晶片孔里的传导玻璃和处理传感器芯片上特殊接头管脚和金属焊点之间的电路连接。如下图所示。这些关键设计消除了金线的焊接和对感应元件在高温条件腐蚀环境下的保护，因此这种设计被称为“无引线”设计，其实就是“无焊接引线”设计，应用这个设计技术的压力传感器被叫做“无引线”压力传感器。 　　综上所述，无引线传感器的特点主要有：1、解决了传统压力传感器设计制造中因高振动或快速的压力循环引起的金线焊接点疲劳引发的故障。2、由于膜片的隔离设计可以使传感器用于一般腐蚀性或者具有导电性介质的压力测量。

加速度补偿设计： 有很多测量环境非常恶劣，但是需要静压的快速响应测量。尤其是旋转机械部件压力测量，由于涡轮机械的高旋转速度，压力传感器要承受高离心力和高振动（加速度）。 半导体压力传感器是用来测量硅膜片受应力（或压力）的变化（让传感器承受一个正常的应力或压力，通过应变惠斯登电桥测量这个变化）。然而，在离心力和振动加速度影响下，硅膜片也会发生变化。离心力和振动都能引起偏移误差和动态误差。Kulite已经设计出了加速度不敏感型半导体压力传感器用于这些场合。如下图示：

加速度不敏感型压力传感器：
　 　这种加速度不敏感型压力传感器是基于无引线基础上设计的，由两个压力敏感膜片组成，两个膜片被做在一个硅芯片上。每一个压力膜片上都用两个串联电阻组成一个半桥。两个膜片都承受惯性应力（振动和离心加速度），但是只有一个膜片受到需要测量的压力。每个膜片的半桥经电路连接形成一个全桥，对一个膜片施加一个正应力，则从一个半桥的桥路输出将减去从另一个半桥的桥路输出，这样该信号输出对应该膜片施加的压力，同时施加在两个膜片的惯性应力（或者是正常测量压力以外的应力）对这个信号影响（变化）被抵消。 当然，只有在高冲击（振动）场合当振动引起的误差比较大时，才有必要考虑这种加速度补偿型传感器以减小测量误差。

　

传感器术语

Absolute Pressures (PSIA) Acceleration Sensitivity (Error) Accuracy Acceptor A/D A/D converter Altitude Ambient Conditions Analog Output Angstrom Annealing Attitude Error Sealed sensor unit which measures pressure relative to an internally sealed vacuum. Typically applications are P0, P3 in aircraft engine applications. Also sometimes used for high pressure such as hydraulic, brake and oxygen pressures The maximum difference at any measurand value between the output with and without the application of a specified constant acceleration along specified axes. Normally specificied in transverse and perpendicular directions. (% FSO/g) The ratio of error to Full Scale Output often expressed in percent of Full Scale output. (%FSO)　　　　 A material added as a dopant to a semiconductor to make it p-type by accept-in valence electrons and leaving holes behind that can conduct electric charges. Normally Boron is used for doping Silicon. Abbreviation for analog to ditigal AN electronic device used to convert an analog voltage to a digital signal. The verticle distance above a specified reference datum such as sea level. The conditions (Pressure, temperature, etc.) of the device's environment. An output of analog voltage derived from processing of digital and/or analog input to circuitury within an (electronic) device. Normally a continuous function of the measurand except as modified by device resolution. A unit for Ultra-high frequencies equal to ten raised to the power -10 meters. A heating process that reverse damage to the crystal structure or to activate dopant. The error due to the orientation of the device relative to direction of the force of gravity on the transducer.

Kulite Pressure Transucer Handbook Table of Contents 64 kb Section 1 - Introduction 204 kb Section 2.1 to 2.7 - Kulite Sensing Technology 128 kb Section 2.8 to 2.22 - Kulite Sensing Technology 1.8 mb Section 3 - Performance Characteristics 240 kb Section 4 - Environmental Limits 32 kb Section 5 - Application information 244 kb Section 6 - Electronics 52 kb Section 7 - Measurement of Transient Pressure Pulses 112 kb Section 8 - Calibration 124 kb Section 9 - Glossary, Unit Conversation & Kulite Reports 1.1 mb Technical Papers Further Work on Acceleration Insensitive Semiconductor Pressure Sensors for High Bandwidth Measurements on Rotating Turbine Blades 292 kb High Accuracy Piezoresistive Internal Combustion Engine Transducers 656 kb Improved Ruggedized SOI Transducers Operational Above 600°C 624 kb Improved SiC Leadless Pressure Sensors For High Temperature, Low and High Pressure Applications 204 kb Kulite Wireless Sensors 67 kb Latest Ruggedized High Temperature Piezoresistive Transducers 607 kb Miniature Combination Pressure / Temperature Sensors with Redundant Capability 161 kb Pitot-Static Transducer 131 kb Pressure Transducer Temperature Isolation Using Tubing (Steady State Condition) 87 kb Solid State Replacements for Electro-Mechanical Potentiometer Type Pressure Transducers 432 kb Ultra High Temperature, Miniature, SOI Sensors for Extreme Environments 748 kb Installation Instructions/Miscellaneous Dynamic Response For Microphone Series Transducers 360 kb Installation of miniature threaded and standard threaded series transducers 92 kb Metric installation of miniature threaded and standard threaded series transducers 90 kb Typical Probe Configurations 588 kb