Sensor de presión diferencial resonante de silicio
Un sensor de presión diferencial resonante de silicio es un tipo de sensor resonante fabricado con tecnología de micromecanizado de silicio, diseñado específicamente para medir la diferencia de presión entre dos entradas de presión. Su principio básico es determinar el valor de presión diferencial midiendo el cambio en la frecuencia natural de un haz resonante de silicio monocristalino.
Combina a la perfección las ventajas de tres tecnologías avanzadas:
1. Medición de presión diferencial:Adecuado para aplicaciones críticas como medición de flujo y nivel.
2. Principio resonante:Proporciona una precisión incomparable y estabilidad-a largo plazo.
3. Tecnología MEMS de silicio:Permite la miniaturización, la producción por lotes y una alta confiabilidad.
Estructura y principio de funcionamiento
Su núcleo es una microestructura compleja fabricada sobre una oblea de silicio utilizando tecnología MEMS.
Estructura central:
- Una estructura unida de triple capa-de vidrio-silicio-vidrio.
- Capa de vidrio superior: contiene orificios de entrada de presión conectados al lado de alta-presión.
- Capa de vidrio inferior: contiene orificios de entrada de presión conectados al lado de baja-presión.
- Capa Media de Silicio: Micromecanizada y contiene:
Diafragma sensor: un diafragma de silicio delgado pero robusto que detecta la diferencia de presión en ambos lados.
Haces resonantes: ubicados encima (o integrados dentro) del diafragma sensor, son estructuras de haces de silicio suspendidas. Normalmente, hay dos haces resonantes idénticos dentro de un sensor, ubicados en el centro y el borde del diafragma, respectivamente.
Electrodos impulsores y electrodos{0}}de captación: se utilizan para excitar los haces resonantes y hacerlos vibrar y detectar su frecuencia de vibración.
Proceso operativo:
- Aplique presión diferencial: La alta presión (P1) y la baja presión (P2) actúan a ambos lados del diafragma sensor.
- Deformación del diafragma: La diferencia de presión hace que el diafragma sensor sufra una mínima deformación por flexión.
- Generación de tensión: esta deformación crea una distribución de tensión en el diafragma:
El haz resonante en el centro del diafragma experimenta tensión de compresión.
El haz resonante en el borde del diafragma experimenta una tensión de tracción.
Cambio de frecuencia:
Según el principio de resonancia, la tensión de compresión hace que su frecuencia de resonancia disminuya.
La tensión de tracción hace que aumente su frecuencia de resonancia.
Medición diferencial: El sensor mide la diferencia de frecuencia entre los dos haces resonantes (Δf=f₁ - f₂).
Ventajas únicas de la salida de señal
La salida es la diferencia entre las dos frecuencias resonantes, lo que ofrece importantes beneficios:
Modo común-Rechazo de errores:
- Efectos de la temperatura:Si la temperatura aumenta, las frecuencias de ambos haces resonantes cambian en la misma dirección (p. ej., ambos disminuyen), pero su diferencia de frecuencia permanece sin cambios.
- Efectos de la presión estática:Una presión estática similar aplicada a ambos lados afecta a ambos haces de manera similar y su diferencia de frecuencia también permanece estable.
- Extremadamente alta precisión y resolución:La frecuencia se puede medir con extrema precisión, lo que da como resultado una resolución y repetibilidad del sensor muy altas, con una precisión que alcanza ±0,075% o incluso más.
- Intrínsecamente digitales:La salida es una señal de frecuencia, que ofrece una fuerte capacidad anti-interferencia y es fácil de procesar para los sistemas digitales.
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