壓力傳感器是傳感器中較大門類，廣泛應用於汽車、工業、物聯網等領域，陶瓷電容作為壓力傳感器中一種主要技術路線，具有耐腐蝕、抗衝擊、介質兼容性好的優點，。本文介紹陶瓷電容原理及典型應用，以供壓力傳感器工程人員參考。

 

 

壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)一(yi)般(ban)用(yong)於(yu)對(dui)傳(chuan)感(gan)器(qi)敏(min)感(gan)器(qi)件(jian)所(suo)處(chu)氣(qi)體(ti)或(huo)液(ye)體(ti)氛(fen)圍(wei)的(de)壓(ya)力(li)測(ce)量(liang)
，一(yi)般(ban)用(yong)於(yu)反(fan)饋(kui)給(gei)係(xi)統(tong)主(zhu)控(kong)單(dan)元(yuan)

，實(shi)現(xian)係(xi)統(tong)精(jing)確(que)控(kong)製(zhi)。壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)作(zuo)為(wei)傳(chuan)感(gan)器(qi)中(zhong)的(de)一(yi)大(da)門(men)類(lei)
，在(zai)汽(qi)車(che)、工業
、家電、消費電子等不同行業均有廣泛的應用。常用壓力傳感器從感測原理來區分
，主要包括如下幾大類：- 矽壓阻技術- 陶瓷電阻技術- 玻璃微熔技術- 陶瓷電容技術

 

矽壓阻技術由半導體的壓阻特性來實現，半導體材料的壓阻特性取決於材料種類
、摻雜濃度和晶體的晶向等因素。該技術可以采用半導體工藝實現，具有尺寸小，產量高、成本低、信號輸出靈敏度高等優勢。不足之處主要體現在介質耐受程度低，溫度特性差和長期穩定性較差等方麵。常見於中低壓量程範圍
，如5kPa~700kPa。業界也有通過特殊封裝工藝提高矽壓阻技術的介質耐受程度的方案，如充油、背壓等技術
，但也會帶來成本大幅增加等問題。

 

陶tao瓷ci電dian阻zu技ji術shu采cai用yong厚hou膜mo印yin刷shua工gong藝yi將jiang惠hui斯si通tong電dian橋qiao印yin刷shua在zai陶tao瓷ci結jie構gou的de表biao麵mian，利li用yong壓ya敏min電dian阻zu效xiao應ying
，實shi現xian將jiang介jie質zhi的de壓ya力li信xin號hao轉zhuan換huan為wei電dian壓ya信xin號hao。陶tao瓷ci電dian阻zu技ji術shu具ju有you成cheng本ben適shi中zhong，工gong藝yi簡jian單dan等deng優you勢shi
，目mu前qian國guo內nei有you較jiao多duo廠chang家jia提ti供gong陶tao瓷ci電dian阻zu壓ya力li傳chuan感gan器qi芯xin體ti。但dan該gai技ji術shu信xin號hao輸shu出chu靈ling敏min度du低di，量liang程cheng一yi般ban限xian定ding在zai500kPa~10MPa，且常規中空結構
，僅靠膜片承壓
，抗過載能力差
，當待測介質壓力過載時
，陶瓷電阻傳感器會存在膜片破裂
，介質泄露的風險。

 

boliweirongjishucaiyonggaowenshaojiegongyi
，jiangguiyingbianjiyubuxiugangjiegoujiehe。guiyingbianjidengxiaodesigedianzuzuchenghuisitongdianqiao，dangbuxiugangmopiandelingyiceyoujiezhiyalishi
，buxiugangmopianchanshengweixiaoxingbianyinqidianqiaobianhua，xingchengzhengbiyuyalibianhuadedianyaxinhao。boliweironggongyishixiannandujiaoda，chengbengao。zhuyaoyoushishijiezhinaishouxinghao

，kangguozainengliqiang
，yibanshiyongyugaoyahechaogaoyaliangcheng，ru10MPa~200MPa，應用較為受限。

 

陶tao瓷ci電dian容rong技ji術shu采cai用yong固gu定ding式shi陶tao瓷ci基ji座zuo和he可ke動dong陶tao瓷ci膜mo片pian結jie構gou，可ke動dong膜mo片pian通tong過guo玻bo璃li漿jiang料liao等deng方fang式shi與yu基ji座zuo密mi封feng固gu定ding在zai一yi起qi。兩liang者zhe之zhi間jian內nei側ce印yin刷shua電dian極ji圖tu形xing，從cong而er形xing成cheng一yi個ge可ke變bian電dian容rong，當dang膜mo片pian上shang所suo承cheng受shou的de介jie質zhi壓ya力li變bian化hua時shi兩liang者zhe之zhi間jian的de電dian容rong量liang隨sui之zhi發fa生sheng變bian化hua，通tong過guo調tiao理li芯xin片pian將jiang該gai信xin號hao進jin行xing轉zhuan換huan調tiao理li後hou輸shu出chu給gei後hou級ji使shi用yong。陶tao瓷ci電dian容rong技ji術shu具ju有you成cheng本ben適shi中zhong，量liang程cheng範fan圍wei寬kuan，溫wen度du特te性xing好hao、一致性、長期穩定性好等優勢。國際上來看廣泛應用於汽車與工業過程控製等領域，分別以美國森薩塔和瑞士E+H為代表。由於電容信號不同於電阻信號，對信號處理電路要求較高，傳感器設計時需要將電容和信號調理芯片ASIC協同考慮，國內目前僅蘇州納芯微電子股份有限公司能夠同時提供兩者整合的完整解決方案。

 

 

陶瓷電容壓力傳感器芯體測壓原理

 

dianxingtaocidianrongyalichuanganqixintiweimifengbiaoyajiegou，youtaocijizuohekebianxingmopianjizhongkongmifengqiangtisanbufenzucheng

，chengyamianweikebianxingmopian，dangxintichengyafashengbianhuashi，bianxingmochengyahoufashengwanqu
，daozhijibanjianjufashengbianhua，yinqijibanjiandianrongdebianhua
，dianrongbianhuatongguotiaolixinpianzhuanhuanweibiaozhunshuchu（如0~5V電壓輸出、4~20mA電流輸出
、I2C、SPI數字輸出等）。

 

圖1：陶瓷電容壓力傳感器承壓前截麵圖

 

圖2：陶瓷電容壓力傳感器承壓後截麵圖

 

 

為保證氣密性，在陶瓷電容壓力傳感器的產品設計種，選用O型圈或者墊片作為密封的關鍵部件，其中O型圈更為常見。因為O型圈具備優良的線性密封特性，承壓範圍寬於墊片（墊片一般推薦用於2MPa以內的密封）等優點。

 

O型圈的尺寸、材質、硬度等參數選擇將直接影響最終壓力傳感器的產品性能
，需要結合總成尺寸、待測介質類型、工作溫度範圍等因素綜合考慮後選型。

 

壓力傳感器中常見的O型圈材料有三元乙丙橡膠（EPDM）
，氫化丁腈橡膠（HNBR），矽橡膠（QM）
，氯丁橡膠（CR）
、氟橡膠（FKM）、氟矽橡膠（MFQ）等。

 

圖3：典型O型圈材料的使用溫度範圍（source：Parker）

 

一般來說，汽車空調壓力傳感器
，采用HNBR或CR材料的O型圈

，機油壓力傳感器采用氟橡膠等。汽車氣刹壓力傳感器可采用矽橡膠材料的O型圈；jibianshitongyizhongleicailiao
，geshengchanchangjiatongguoteshudechanzahuozhejuhechuli，kekuozhanqishiyongwendufanwei。tongyizhongchuanganqiyingyong，kenengcunzaiduozhongkexuandecailiaojinxingpipei，zaijutishiyongshi，yingyuO型圈廠家進行谘詢確認後，選擇合適的O型圈材料及牌號進行傳感器結構設計。

 

陶瓷電容壓力傳感器的一般密封結構如下圖所示：

 

 

圖4：陶瓷電容典型密封結構示意圖

 

壓力傳感器裝配完成後
，陶瓷電容底部需要與金屬外殼保持一定的距離（上圖中間隙）。一般陶瓷電容壓力傳感器承受正壓，因此僅保留O型圈槽外圈，以降低加工難度。

 

通過控製上圖中台階一與O型圈槽底的高度差
，對O型圈壓縮量進行控製。

 

台階二與O型圈槽底構成O型圈槽，對O型圈裝配位置進行限定，另需要O型圈槽的槽頂進行倒圓角以防止O型圈承壓後被殼體切割
，對O型圈槽底倒圓角以降低裝配應力。

 

 

陶瓷電容壓力傳感器因其耐腐蝕、抗衝擊、無遲滯、介質兼容性強等優勢可以廣泛應用在水、氣、液ye多duo種zhong介jie質zhi的de壓ya力li檢jian測ce，尤you其qi適shi合he於yu汽qi車che係xi統tong的de惡e劣lie環huan境jing下xia工gong作zuo。針zhen對dui物wu聯lian網wang及ji家jia電dian等deng壓ya力li傳chuan感gan器qi的de新xin興xing應ying用yong市shi場chang，陶tao瓷ci電dian容rong抗kang衝chong擊ji優you勢shi可ke以yi應ying用yong於yu供gong水shui管guan網wang的de水shui壓ya測ce量liang
，完wan美mei應ying對dui水shui錘chui效xiao應ying；針對可變壓力的壓力煲應用，陶瓷電容平膜結構可以避免堵塞。

 

汽車領域陶瓷電容壓力傳感器典型應用如下表所示：

 

表1：汽車領域陶瓷電容壓力傳感器典型應用

 

 

物聯網及家電領域陶瓷電容壓力傳感器典型應用如下表所示：

 

表2：汽車領域陶瓷電容壓力傳感器典型應用

 

 

蘇州納芯微電子可提供工作壓力範圍0.5MPa~10MPa的陶瓷電容壓力傳感器， 多種量程可選，並可提供防水版本；結合容式信號調理專用芯片NSC9260

，我們能夠為客戶提供完整電容傳感器解決方案，並可根據客戶實際需求提供定製化傳感器係統解決方案。