CHƯƠNG 6: CÁC LOẠI CẢM BIẾN THƯỜNG DÙNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH
6.3.5. Cầu bán dẫn và biện pháp hiệu chỉnh thơng số
Tế bào đo áp suất của một cảm biến áp suất loại điện trở áp điện là một chip silic vuơng vức khoảng 6mm2 và cĩ bề dày sau khi được ăn mịn khoảng vài µm
Màng silic tác dụng như một mặt phẳng được căng ra, khi bị uốn cong trên bề mặt nĩ xuất hiện những nơi bị căng và nơi bị co vào. Ở những nơi này qua cơng nghệ khuếch tán hay cấy ion các điện trở được cấy vào. Các điện trở này cũng bị căng ra hay co vào một cách tương ứng. Ngồi ra các điện trở để bù trừ nhiệt độ cũng được hình thành trên cùng 1 chip. Các điện trở này được nối với nhau thành
1 cầu điện trở. Nhờ đĩ điện thế của cầu điện trở được khuếch đại ngay trên cảm biến.
Hình 6.19. Mặt cắt cảm biến điện trở áp điện 1 - Màng thép; 2 - Dầu; 3 - Chip silic; 4 - Nối dây điện
Trong hình ta cĩ cầu điện trở của cảm biến với 4 điện trở giống nhau khi màng silic bị úơn cong R1 và R3 gia tăng trị số.Trong khi đĩ trị số điện trở R2 và R4 giảm đi. Do đĩ độ nhạy của cầu đựơc gia tăng. Điện áp ra của cầư được tính như sau: UA = Ucc( 1 2)( 4 3) 4 2 3 1 R R R R R R R R + + − Với: Ri(P) = Ri + ∆Ri(P)
Với một kỹ thuật thích ứng người ta cĩ thể chế tạo sao cho các điện trở Ri cĩ trị số giống nhau và sự thay đổi ∆Ri cũng bằng nhau. Phương trình cho UA cĩ thể được rút gọn như sau:
UA = Ucc. R R ∆ R R ∆ = K.ε(p) ε là độ uốn cơ học,K là hệ số tỉ lệ
Hàm số ε(p) cho độ uốn cơ học của màng silic theo tính gần đúng bậc một cĩ
sự tuyến tính, do đĩ giữe điện áp ra và áp suất cũng cĩ sự liên hệ tuyến tính: UA = Ucc.K. ε(p)
Khi độ uốn gia tăng khá cao ta khơng cịn sự tuyến tính nữa. Với hai điện trở do sự gia tăng của độ uốn, một cĩ trị số gia tăng và một cĩ trị số giảm đi (hiệu ứng quả bĩng - balloon Effect). Với sự chọn lựa trị số Ri hơi khác một tí, hiệu ứng này cĩ thể được triệt tiêu một phần nào.
Các hiệu ứng nhiệt độ và nguồn điện thích ứng
Các cầu điện trở loại bán dẫn đều bị ảnh hưởng của nhiệt độ khá mạnh. Do đĩ việc bù trừ nhiệt độ cho cảm biến áp suất loại điện trở áp điện là rất cần thiết.
Trong hình… cho ta thấy rõ ràng:
- Sư thay đổi tương đối của điện trở đối với nhiệt độ.Sư thay đổi này tương ứng với sự gia tăng điện áp qua cầu điện trở và tương ứng với sự thay đổi trị số của từng điện trở.
- Với một điện thế khơng đổi,hiệu thế của cầu điện trở (độ nhạy) giảm mạnh khi nhiệt độ gia tăng. Độ nhạy được định nghĩa là điện thế định mức ở ngã ra (mV) cho mỗi Volt của nguồn điện cấp cho cầu điện trở và từng đơn vị áp suất. Độ nhạy cĩ hệ số nhiệt độ âm, trị số của nĩ giảm khi nhiệt độ tăng.
- Khi cầu điện trở được cấp điện với một nguồn điện cĩ cường độ dịng điện cố định, ta cĩ sự triệt tiêu lẫn nhau của hai hiệu ứng a và b ta được đường biễu diễn c.
Do đĩ để cấp điện cho các sensor áp suất điện trở áp điện nguồn dịng cố định, ta cĩ sự triệt tiêu lẫn nhau của hai hiệu ứng a và b ta được đường biểu diễn.
Do đĩ để cấp điện cho các sensor áp suất điện trở áp điện nguồn dịng cố định là 1 giải pháp khá tốt để bù trừ sự ảnh hưởng của nhiệt độ nhờ hiệu ứng bù trừ tự động nêu trên.
`
Hình 6.21