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摘 要：本文主要以综述的方式简单的介绍了一种用微溶玻璃技术制作新一代压力传感器的原理、结构以及补偿电路，最后总结了微溶压力传感器的特点及优越性，可剔除了用传统工艺方法生产传感器带来的弊端，理论上可以完全替代陶瓷、应变片、溅射薄膜及充油芯体等技术。
关键词：微溶技术；压力传感器；应变片；芯体
Abstract：This article mainly reviews the way of simple introduced a slightly soluble glass technology principle， structure for a new generation of sensors and compensation circuit， and finally summarizes the characteristics and advantages of slightly soluble pressure sensor， can be eliminated with the disadvantages of traditional process method sensors， could theoretically be entirely replace ceramics， strain gauge， sputtering thin film and the oil filled core body and other technology.
Key words：slightly soluble technology；Pressure sensor；Strain gauge；Core body
随着我国民用工业和国防工业以及航空航天工业的飞速发展，对传感器的需要也越来越多。传感器的种类各式各样，按其工作原理分，可分为压电式传感器、压阻式传感器、电容式传感器、电磁式传感器等，如果按其被测参数分，可分为温度、压力、位移、速度传感器等，型号可到上十万种。但是，目前在民用上可用于化工反应釜和冶炼塔内的压力、高温油井和各种发动机腔体内的压力测量；在军事上可用于宇宙飞船和航天飞行器的姿态控制、高速飞行器或远程超高速导弹的飞行控制、喷气发动机、火箭、导弹、卫星等耐热腔体和表面各部分的压力测量的传感器几乎全靠进口来填补空白，而这种用于航空和国防建设的产品都会受到国外的出口限制政策，这将是阻碍我国国防事业的发展，所以，我们必须要研发自己的耐高温芯体，摆脱依靠国外技术的现状。
目前，国内使用的压力传感器主要是硅扩散型压阻式压力传感器，其工艺成熟且性能优异，但它受P-N结耐温限制，只能在125℃以下进行压力测量，高过125℃时，传感器的性能会严重恶化以至失效，在600℃时会发生塑性变形和电流泄漏，导致信号处理系统和电路的极度失调，远不能满足航空航天、石油化工、汽车电子等领域高温环境下的压力测量。因此，近年来，传感器领域中的许多学者对耐高温压力传感器做了大量工作， 并涌现出不少研究成果， 以期满足当前对高温极端环境下压力测量的迫切要求。本文提出以微溶技术为支撑，研究一项可以在400℃高温下稳定工作，并且有可达100倍的过载能力的新一代传感器，可去除用传统工艺生产出传感器的弊端，可替代陶瓷、应变片、溅射薄膜及充油芯体等技术。
1 原理概述
微溶传感器是基于MEMS工艺技术制作的高温低漂移0.5×1.5㎜SOI芯片为敏感元件，采用热膨胀系数与派勒克斯玻璃、硅最接近、弹性模量较高、压阻系数较高的17-4PH不锈钢材料作弹性膜。它是建立在微米/纳米基础上，在单晶硅片上刻融制作惠斯登电桥（Wheatstone bridge）组成的硅应变计。在弹性膜正面采用微熔技术把高温低漂移SOI芯片与不锈钢弹性膜熔为一体，当弹性膜背面受到力或压力作用时，正面组成惠斯顿电桥的SOI芯片就会输出与压力成线性关系的电信号。用此工艺制作的传感器，在0～0.7......250MPa量程范围内优越的诸项性能远远超越了同类型的产品。剔除了用传统工艺方法生产传感器带来的弊端。
经500℃以上高温熔化玻璃，将硅应变片烧结在17-4PH不锈钢传感弹性体上，弹性体受压变形后产生电信号，由带微处理器的数字补偿放大电路进行放大，经数字软件进行全智能温度补偿，输出标准信号。在标准净化生产过程中，参数严格受控，避免了温度、湿度及机械疲劳的影响，具有频响高、工作温度宽等特点，保证了传感器在工业恶劣环境中使用的长期稳定性。
2 外形工艺
传统的高温压力传感器基本上都是通过高温胶将应变片粘与弹性材料上，而我们采用的微溶技术是在承载件上涂印用于固定硅应变片的固定胶，将应变片对正放置于固定胶上，将固定胶经500℃以上高温熔化，应变片沉入熔化的固定胶至设定的深度，待固定胶冷却后，应变片就永久地固定烧结在17-4PH不锈钢传感弹性体上，并且在单晶硅片上刻融制作惠斯登电桥，形成半开环电路。其结构分装图如图1所示，芯体外形如图2所示。
3 补偿电阻
补偿电路一般可分为温漂补偿、零位补偿和满度补偿。作补偿电路时，需要进行补偿电阻的计算，温度补偿电阻计算公式如下：
式中Rb就是要温漂补偿的电阻大小，零位补偿通常通过电位器调节电阻的大小，然后在数字万用表上读数，使得零位输出值尽量的接近±0.1mV；满度补偿一般与零位补偿方法一样，通过调节电位器，使得满量程输出达到客户或者行业标准要求。
温漂补偿电路通常一次补偿肯定是不够的，需在上次补偿的基础上再次计算要补偿的电阻值，然后取他们的并联值，这样依次下去直到达到要求为止。一般来说没补到的，电阻向小换，补过的向大换。
4 总结
[参考文献]
[1]庞天照，等.碳化硅高温压力传感器的研究进展与展望[J].噪声与振动控制，2010.5.
[2]张冬至，等.MEMS高温压力传感器的研究与进展[J].仪表技术与传感器，2009.
[3]赵立波，等.倒杯水耐高温高频响压阻式压力传感器[J].西安交通大学学报，2010.7.
[4]张晓丽，等.耐高温压力传感器研究现状与发展[J].传感器与微系统，2011.
[5]M rosk JW，Berger L.Materials issu es of SAW sensors for higher temperature app licat ion s[J].IEEE Trans Industrial E lectron ics，2003.
[6]蒋庄德，等.特种微机电系统压力传感器[J].机械工程学报，2013.
关键词：微溶技术；压力传感器；应变片；芯体
Abstract：This article mainly reviews the way of simple introduced a slightly soluble glass technology principle， structure for a new generation of sensors and compensation circuit， and finally summarizes the characteristics and advantages of slightly soluble pressure sensor， can be eliminated with the disadvantages of traditional process method sensors， could theoretically be entirely replace ceramics， strain gauge， sputtering thin film and the oil filled core body and other technology.
Key words：slightly soluble technology；Pressure sensor；Strain gauge；Core body
随着我国民用工业和国防工业以及航空航天工业的飞速发展，对传感器的需要也越来越多。传感器的种类各式各样，按其工作原理分，可分为压电式传感器、压阻式传感器、电容式传感器、电磁式传感器等，如果按其被测参数分，可分为温度、压力、位移、速度传感器等，型号可到上十万种。但是，目前在民用上可用于化工反应釜和冶炼塔内的压力、高温油井和各种发动机腔体内的压力测量；在军事上可用于宇宙飞船和航天飞行器的姿态控制、高速飞行器或远程超高速导弹的飞行控制、喷气发动机、火箭、导弹、卫星等耐热腔体和表面各部分的压力测量的传感器几乎全靠进口来填补空白，而这种用于航空和国防建设的产品都会受到国外的出口限制政策，这将是阻碍我国国防事业的发展，所以，我们必须要研发自己的耐高温芯体，摆脱依靠国外技术的现状。
目前，国内使用的压力传感器主要是硅扩散型压阻式压力传感器，其工艺成熟且性能优异，但它受P-N结耐温限制，只能在125℃以下进行压力测量，高过125℃时，传感器的性能会严重恶化以至失效，在600℃时会发生塑性变形和电流泄漏，导致信号处理系统和电路的极度失调，远不能满足航空航天、石油化工、汽车电子等领域高温环境下的压力测量。因此，近年来，传感器领域中的许多学者对耐高温压力传感器做了大量工作， 并涌现出不少研究成果， 以期满足当前对高温极端环境下压力测量的迫切要求。本文提出以微溶技术为支撑，研究一项可以在400℃高温下稳定工作，并且有可达100倍的过载能力的新一代传感器，可去除用传统工艺生产出传感器的弊端，可替代陶瓷、应变片、溅射薄膜及充油芯体等技术。
1 原理概述
微溶传感器是基于MEMS工艺技术制作的高温低漂移0.5×1.5㎜SOI芯片为敏感元件，采用热膨胀系数与派勒克斯玻璃、硅最接近、弹性模量较高、压阻系数较高的17-4PH不锈钢材料作弹性膜。它是建立在微米/纳米基础上，在单晶硅片上刻融制作惠斯登电桥（Wheatstone bridge）组成的硅应变计。在弹性膜正面采用微熔技术把高温低漂移SOI芯片与不锈钢弹性膜熔为一体，当弹性膜背面受到力或压力作用时，正面组成惠斯顿电桥的SOI芯片就会输出与压力成线性关系的电信号。用此工艺制作的传感器，在0～0.7......250MPa量程范围内优越的诸项性能远远超越了同类型的产品。剔除了用传统工艺方法生产传感器带来的弊端。
经500℃以上高温熔化玻璃，将硅应变片烧结在17-4PH不锈钢传感弹性体上，弹性体受压变形后产生电信号，由带微处理器的数字补偿放大电路进行放大，经数字软件进行全智能温度补偿，输出标准信号。在标准净化生产过程中，参数严格受控，避免了温度、湿度及机械疲劳的影响，具有频响高、工作温度宽等特点，保证了传感器在工业恶劣环境中使用的长期稳定性。
2 外形工艺
传统的高温压力传感器基本上都是通过高温胶将应变片粘与弹性材料上，而我们采用的微溶技术是在承载件上涂印用于固定硅应变片的固定胶，将应变片对正放置于固定胶上，将固定胶经500℃以上高温熔化，应变片沉入熔化的固定胶至设定的深度，待固定胶冷却后，应变片就永久地固定烧结在17-4PH不锈钢传感弹性体上，并且在单晶硅片上刻融制作惠斯登电桥，形成半开环电路。其结构分装图如图1所示，芯体外形如图2所示。
3 补偿电阻
补偿电路一般可分为温漂补偿、零位补偿和满度补偿。作补偿电路时，需要进行补偿电阻的计算，温度补偿电阻计算公式如下：
式中Rb就是要温漂补偿的电阻大小，零位补偿通常通过电位器调节电阻的大小，然后在数字万用表上读数，使得零位输出值尽量的接近±0.1mV；满度补偿一般与零位补偿方法一样，通过调节电位器，使得满量程输出达到客户或者行业标准要求。
温漂补偿电路通常一次补偿肯定是不够的，需在上次补偿的基础上再次计算要补偿的电阻值，然后取他们的并联值，这样依次下去直到达到要求为止。一般来说没补到的，电阻向小换，补过的向大换。
4 总结
[参考文献]
[1]庞天照，等.碳化硅高温压力传感器的研究进展与展望[J].噪声与振动控制，2010.5.
[2]张冬至，等.MEMS高温压力传感器的研究与进展[J].仪表技术与传感器，2009.
[3]赵立波，等.倒杯水耐高温高频响压阻式压力传感器[J].西安交通大学学报，2010.7.
[4]张晓丽，等.耐高温压力传感器研究现状与发展[J].传感器与微系统，2011.
[5]M rosk JW，Berger L.Materials issu es of SAW sensors for higher temperature app licat ion s[J].IEEE Trans Industrial E lectron ics，2003.
[6]蒋庄德，等.特种微机电系统压力传感器[J].机械工程学报，2013.