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       摘要：本文通過測量硅膜片的結構設計和壓力傳感器外界保護結構設計，進而實現(xiàn)壓力傳感器過載保護的目的。針對差壓傳感器表現(xiàn)為正負雙腔和中心過載保護膜片聯(lián)動保護的設計方案，即當過載壓力達到超高差壓之前，使高壓側膜片和基體貼合，低壓側膜片鼓出，阻止超高差壓傳遞入傳感器內(nèi)；對于表壓和絕壓傳感器表現(xiàn)為測量端和過載保護膜片聯(lián)動的設計方案，即當過載壓力達到超高壓之前，使測量端膜片和基體貼合，過載保護膜片鼓起，阻止超高壓傳遞入傳感器內(nèi)。

       引言：

       硅壓力傳感器的核心測量硅膜片在超過一定比例的額定工作壓力后，易影響測量精度，甚至破裂失效。許多測量場合人為操作引起的失誤，或壓力管路內(nèi)出現(xiàn)非正常性的壓力沖擊和波動，易產(chǎn)生遠超過壓力傳感器測試量程的壓力信號，使得測量硅膜片處于壓力過載狀態(tài)下。普通壓力傳感器無過載保護功能，此場合下易導致傳感器信號發(fā)生器損壞，使得傳感器終止工作。因此，如何有效地保護硅傳感器在現(xiàn)場的可靠運行，已愈來愈引起傳感器生產(chǎn)商和用戶的重視。文中提出的這種針對硅壓力傳感器的過載保護設計方法，可解決如上問題。

        圖1中，硅傳感器的敏感元件是將P型雜質(zhì)擴散到N型硅片上，形成極薄的導電P型層，焊上引線即成“硅應變片”，其電氣性能是做成一個全動態(tài)的壓阻效應惠斯登電橋。該壓阻效應惠斯登電橋和彈性元件（即其N型硅基底）結合在一起。介質(zhì)壓力通過密封硅油傳到硅膜片的正腔側，與作用在負腔側的介質(zhì)形成壓差，它們共同作用的結果使膜片的一側壓縮，另一側拉伸，壓差使電橋失衡，輸出一個與壓力變化對應的信號?；菟沟请姌虻妮敵鲂盘柦?jīng)電路處理后，即產(chǎn)生與壓力變化成線性關系的4-20mADC標準信號輸出。
        圖2中，在正負腔室的壓差作用下，引起測量硅膜片（即彈性元件）變形彎曲，當壓差P小于測量硅膜片的需用應力比例極限σp時，彎曲可以復位；當壓差P超過測量硅膜片的需用應力比例極限σp后，將達到材料的屈服階段，甚至達到強化階段，此時撤去壓差后測量硅膜片無法恢復到原位，發(fā)生不可逆轉的測量偏差；當壓差P達到或超過測量硅膜片能承受的最高應力σb后，測量硅膜片破裂，直接導致傳感器損壞。因此，通過阻止或削弱外界的過載壓差P直接傳遞到測量硅膜片上，就能有效保護傳感器的測量精度和壽命。