自動化與儀器儀采用硅壓阻復合傳感器的智能變送器的研發(fā)與設計鄭永輝褚斌陳利蘭州煉油化工儀廠甘肅蘭州，730060；吉化集團公司儀廠吉林，132022用這種傳感器的檢測部件結(jié)構(gòu)的設計，并對智能變送器轉(zhuǎn)換放大電路與漢化1人只1通訊界面的設計作了簡要介紹。

　　80年代初，國內(nèi)以西儀為代的主要儀生產(chǎn)廠家紛紛從國外引進壓力變送器生產(chǎn)線。生產(chǎn)線規(guī)模與市場影響較大的有西安儀廠與北京電廠引進美國羅斯蒙特公司的5751系列；蘭煉儀廠與吉化儀廠引進日本富士公司的，0系列；大連儀廠引進曰本日立公司的，尺75系列等。10多年過去了，這些生產(chǎn)線隨著其產(chǎn)品逐步被智能變送器所取代，而基本處于停產(chǎn)或半停產(chǎn)狀態(tài)。目前，國內(nèi)變送器的制造水平及市場情況是主要儀制造廠變送器的制造技術(shù)水平仍停留在國外80年代初的水平；智能變送器的核心測量元件微硅壓阻微硅電容微硅諧振的復合芯片技術(shù)均被國外廠商壟由于以上兩點，國內(nèi)主要儀制造廠在智能變送器這端技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)上無擺脫組裝廠的模國內(nèi)新上重大項目幾乎全部采用國外原裝或組裝廣品。

　　以上幾點及其它基礎儀器儀存在的類似問，早已引起國內(nèi)科技儀界有識之士的高度關(guān)注，以王大珩院士為首的多位院士聯(lián)名上書國務院，引起國家科技部計委經(jīng)貿(mào)委的高度重視，把復合傳感器的研發(fā)列為國家十科技攻關(guān)項目。

　　與國內(nèi)其它主要儀制造廠的情況樣，蘭煉儀煉與吉化聯(lián)合沈陽傳感器國家工程研究中心，共同研發(fā)國內(nèi)新代智能變送器。經(jīng)過近年的聯(lián)合攻關(guān)，在國內(nèi)首次開發(fā)出硅壓阻復合傳感器芯片，并首次用國產(chǎn)復合傳感器芯片研制出智能變送器。另外，該項目還首創(chuàng)了智能變送器的漢化人81通訊界面。本文對該項目在研發(fā)中解決的關(guān)鍵技術(shù)及設計思想作以簡要介紹。

　　復合傳感器部分的設計小型復合壓力傳感器是利用微電子和微機械加工融合技術(shù)在面積僅為3.5，4.02的硅片上集差壓敏感元件靜壓敏感元件溫度敏感元件為體，并將其封裝在由金屬膜片隔離密封的充灌液中，形成變送器換電路配套，利用數(shù)字補償技術(shù)進行處理，使其能夠在在4，+8，丈的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定可靠的工作，測量精度達到0.1級。

　　復合壓力傳感器能夠同時實現(xiàn)對現(xiàn)場中的差壓靜壓溫度變化的測量，靜壓和溫度的測量數(shù)據(jù)可修正被測環(huán)境的差壓輸出信號，從而可提高差壓傳感器的精度，它是智能差壓變送器的核心部件。

　　1.1復合芯片1.3檢測部件芯片是在雙面拋光的型硅單晶片上，采用微電子和微機械加工融合技術(shù)在硅單晶片的正面特定區(qū)域由離子注入硼形成，型差壓敏感電橋1靜壓敏感電橋2溫度敏感元件3，在硅單晶片的背面與正面兩個惠斯登電橋相對應的位置區(qū)域加工出兩個膜片厚度不等的差壓敏感膜片4和靜壓敏感膜片5，將該芯片再封裝，可形成復合傳感器芯體。

　　1為差壓敏感電橋2為飛祜1；敏感電橋3為溫度敏感元件4為差壓敏感瞑片5為靜嘆敏感膜片1.2傳感器芯體為減少變送器的體積和傳感器的成本，采用了￠19xl5mm金屬基座。同時采用全固態(tài)剛性連接結(jié)構(gòu)，形成完整的全固態(tài)封裝的多功能擴散硅壓力傳感器芯體。這種形式的封裝結(jié)構(gòu)可使桂敏感芯片的差壓敏感電橋1感受到傳感器兩端的壓差，而靜壓敏感電橋2只能感受到正壓端的壓力。2是復合傳感器芯體結(jié)構(gòu)不意。

　　1力差壓敏感電橋5為靜壓感膜片8為玻璃為芯休1為靜壓敏感電橋6為硅鉬絲9為導壓管4為差1；敏感膜7為敏感芯片10為，座引線復合傳感器芯體4結(jié)構(gòu)意閣在本項目中，我們結(jié)合新設計的芯體結(jié)構(gòu)，設計出了差壓檢測部件的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)采用了以膜片原理為指導思想的膜片結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了傳感器過壓保護，即傳感器芯片本身能承受正反向量程5倍過載，當壓力超過量程5倍時，從結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)對傳感器的過壓保護。

　　12為本體13為軟帶14為中心基座15為中心膜片16為隔離膜片17為本體基嵴18為接插件座闡3復合傳感器檢測部件結(jié)構(gòu)意將傳感器芯體與變送器本體12配合焊成體，再將傳感器信號用軟帶13從本體12的側(cè)壁孔引出，中心基座14與傳感器芯體和本體12焊接連成體，將中心膜片15與本體12焊成體，將已焊好隔離膜片16的本體基座17與本體12合焊連成體，焊接連接臺，充灌硅油后形成完整的全固態(tài)封裝的復合壓力傳感器受壓部，即檢測部件。這種結(jié)構(gòu)形式封裝的傳感器，當測量壓力超過量程5倍時，中心膜片運動，導致隔離膜片運動，使隔離膜片與本體基座貼死，測量壓力無法傳導到敏感芯片7上，從而達到對硅壓傳感器的過載保護。由于差壓的作用，使得傳感器橋路電阻阻值隨之發(fā)生變化，使橋路輸出電壓與差壓成正比。

　　轉(zhuǎn)換放大電路部分的設計2.1轉(zhuǎn)換放大電路總體方案轉(zhuǎn)換放大電路部分主要由以下幾部分組成采樣單元微處理器單元數(shù)模轉(zhuǎn)換單元通訊單元存儲單元等，4為變送器的原理框2.2采樣單元采樣轉(zhuǎn)換單元選用了個24位高精度可編程以0轉(zhuǎn)換芯片，小信號采樣經(jīng)反復試驗，采樣精度符合要求，在轉(zhuǎn)換信號低至5，情況下，轉(zhuǎn)換精度可達，J，告函2.3微處理單元微處理單元選用觸，切1公司的微處理器，該處理器功能強速度快，有31和3，接口，是國際上智能設備廣泛采用的器件。在該單元設計中外擴了321放大器的互換問，外擴了21的0，存放傳感器整定參數(shù)。人0和0人轉(zhuǎn)換接口均采用串行接口技術(shù)，數(shù)字顯單元采用并行接口技術(shù)，能更迅速地反映變送器的實時輸出，同時可現(xiàn)場顯26種工程單位。軟件補償采用數(shù)學模型優(yōu)算法和在線修正技術(shù)，實現(xiàn)整機寬范圍高精度溫度和線性補償，數(shù)字補償精度可達0.01.通過該單元優(yōu)化設計，使整機功耗達到國際先進水平。

　　2.5通訊單元通訊單元主要由輸入帶通濾波電路輸出整形濾波電路調(diào)制解調(diào)器等組成，當變送器接收人6了通訊信號時，輸入帶通濾波器將1人81的正弦波變成方波后送到調(diào)制解調(diào)器，經(jīng)調(diào)制解調(diào)器解調(diào)成數(shù)字信號送口處理口返回的數(shù)字信號經(jīng)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制成尺丁頻率，經(jīng)波形整定電路變成標準的1正弦波。針對該項目研發(fā)了漢化1人81手持通訊器，實現(xiàn)了國內(nèi)首家漢顯通訊界面。通過手持通訊器的中文界面可以方便快捷的對變送器進行遠程診斷和參數(shù)設定。

　　結(jié)束語本項目研制出壓力差壓智能變送器樣機各臺，通過整機全性能測試，主要技術(shù)指標均達到國外同類產(chǎn)品技術(shù)水平，填補了目前國內(nèi)在微硅復合傳感器與智能變送器研宄方面的空白，這對于研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國內(nèi)新代智能變送器具有十分重要的意義。

　　引腳接入5kHz脈沖，即0.2mS內(nèi)采樣數(shù)據(jù)位128個，連續(xù)采樣10次，2咖內(nèi)采樣電數(shù)位1280個，達到色選篩米機控制系統(tǒng)的設計要求。

　　上述5510的接口設計電路能滿足，3控制系統(tǒng)實時處理的要求，可以實現(xiàn)速數(shù)據(jù)的采集處理和傳輸。