シリコン共振差圧センサー

シリコン共振差圧センサーは、シリコンマイクロマシニング技術を使用して製造された共振センサーの一種で、2 つの圧力入口間の圧力差を測定するように特に設計されています。その中心原理は、単結晶シリコン共振ビームの固有振動数の変化を測定することによって差圧値を決定することです。-

 

次の 3 つの先進テクノロジーの利点を完全に組み合わせています。

1. 差圧測定:流量やレベル測定などの重要なアプリケーションに適しています。

2. 共振原理:比類のない精度と長期的な安定性を実現します。-

3. シリコン MEMS テクノロジー:小型化、バッチ生産、高信頼性を実現します。

その核心は、MEMS技術を使用してシリコンウェーハ上に製造された複雑な微細構造です。

コア構造:

• ガラス-シリコン-ガラスの三重-層接合構造。
• 上部ガラス層: 高圧側に接続された圧力入口穴が含まれています。-
• 下部ガラス層: 低圧側に接続された圧力入口穴が含まれています。-
• 中間シリコン層: 微細加工されており、次のものが含まれています。

センシングダイアフラム: 両側からの圧力差を感知する、薄くて丈夫なシリコンダイアフラム。

共振ビーム: 感知ダイヤフラムの上に (または内部に統合されて) 配置され、吊り下げられたシリコン ビーム構造です。通常、1 つのセンサー内に 2 つの同一の共振ビームがあり、それぞれダイヤフラムの中心と端に位置します。

駆動電極とピックアップ電極: 共振ビームを励起して振動させ、その振動周波数を検出するために使用されます。{0}

操作プロセス:

• 差圧の適用: 高圧 (P1) と低圧 (P2) が感知ダイヤフラムの両側に作用します。
• ダイヤフラムの変形：圧力差により検出ダイヤフラムが微小な曲げ変形を起こします。
• 応力の生成: この変形により、ダイヤフラム上に応力分布が作成されます。

ダイアフラムの中心の共振ビームには圧縮応力がかかります。

ダイアフラムの端の共振ビームは引張応力を受けます。

周波数変更:

共振原理によれば、圧縮応力により共振周波数が低下します。

引張応力により共振周波数が増加します。

差動測定: センサーは 2 つの共振ビーム間の周波数差 (Δf=f₁ - f₂) を測定します。

出力は 2 つの共振周波数の差であり、これには大きな利点があります。

コモンモードエラーの拒否:

• 温度の影響:温度が上昇すると、両方の共鳴ビームの周波数は同じ方向に変化します（たとえば、両方が減少します）が、それらの周波数の差は変化しません。
• 静圧の影響:両側に加えられる同様の静圧は両方のビームに同様に影響を与え、それらの周波数差も同様に安定したままになります。
• 非常に高い精度と解像度:周波数は非常に高い精度で測定できるため、非常に高いセン​​サー分解能と再現性が得られ、精度は ±0.075% 以上に達します。
• 本質的にデジタル:出力は周波数信号であり、強力な干渉防止機能があり、デジタル システムでの処理が容易です。{0}

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