확산형 실리콘 압력 센서: 작동 원리, 장점, 단점, 특징, 응용 분야 및 요약

1. 작동 원리

확산형 실리콘 압력 센서 이 소자 는 압저항 효과 , 즉 반도체 재료의 저항률이 기계적 응력 하에서 변화하는 현상을 이용하여 작동합니다. 확산 기술을 통해 단결정 실리콘 다이어프램에 동일한 저항값을 가진 저항기들이 형성되고, 이들을 연결하여 휘트스톤 브리지를 구성합니다.

실리콘 다이어프램에 압력이 가해지면 약간의 변형(정상 변위 0.025mm 미만)이 발생하여 저항값이 변화합니다. 브리지는 압력에 비례하는 약한 전압 신호를 출력하고, 이 신호는 증폭되어 표준 산업용 신호로 변환됩니다.

2. 장점

• 높은 정확도 — 종합적인 정확도는 최대 ±0.5%FS이며, 고정밀 모델은 ±0.1%FS에 도달합니다.

• 높은 감도 — 최대 출력은 약 100mV로, 기존 스트레인 게이지 센서(약 10mV)보다 훨씬 높습니다.

• 콤팩트하고 가벼운 디자인 - 공간을 적게 차지하며, 설치 및 통합이 용이합니다.

• 장기적인 안정성이 우수함 - 연간 ±0.2%FS 미만.

• 비용 효율성 — 성숙한 기술과 저렴한 가격으로 산업 자동화의 핵심 장비로 자리매김했습니다.

• 본질 안전형 — 저전압 및 저전력 소비로 위험 지역에 적합합니다.

3. 단점

• 온도 변화에 따른 안정성 저하 — 0°C 이하 및 85°C 이상에서 안정성이 저하됩니다.

• 고압 환경에는 적합하지 않습니다 . 일반적으로 20MPa 이상의 압력에는 적합하지 않습니다.

• 취약한 다이어프램 — 얇은 실리콘 다이어프램은 기계적 충격에 약합니다.

• 추가적인 보호가 필요합니다 . 그렇지 않으면 습기로 인한 손상을 입을 수 있습니다.

• 동적 압력에는 적합하지 않음 - 급격하게 변동하는 압력을 처리할 수 없습니다.

• 영점 편차 — 주기적인 교정이 필요합니다(매년 교정 권장).

4. 주요 특징

• 압저항 효과를 기반으로 하며, 움직이는 부품이 없어 빠른 응답 속도와 높은 신뢰성을 제공합니다.

• 반도체 확산 기술 — 다이어프램과 저항기의 모놀리식 통합.

• 표준 아날로그 신호 출력(4-20mA, 0-5V 등).

• 레이저 트리밍 및 광범위한 온도 보상 기능.

• 부식 방지를 위해 전체 스테인리스 스틸 구조를 선택 사양으로 제공합니다.

• 게이지 압력, 차압 및 절대 압력 유형으로 제공됩니다.

5. 응용 프로그램

6. 요약

확산형 실리콘 압력 센서는 산업 자동화 분야에서 널리 사용되는 고정밀, 비용 효율적인 장치입니다. 높은 정확도, 소형 크기, 우수한 안정성 및 손쉬운 통합이 주요 강점 입니다. 주요 한계점 으로는 온도 드리프트, 고압 환경에의 부적합성, 그리고 취약한 다이어프램이 있습니다. 그럼에도 불구하고 석유화학, 전력, 제약 및 자동차 산업 전반에서 필수적인 부품으로 자리매김하고 있습니다.