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降低擴散矽壓力變送器因外界因素損壞的可能性

作時間:2015-03-18  來源:  作者:
   

 近年來, 全國各製水廠和供水部門逐漸采用半導體壓敏元件封裝的液位儀和壓力變送器(如擴散矽壓力變送器) 代替電容式液位儀和動圈式壓力變送器。由半導體壓敏元件封裝製成的壓力變送器, 體積小、精度高、價格便宜、製作方便, 現已被很多小型儀表廠采用和開發生產各檔壓力變送器和液位儀。

    從使用情況來看, 安裝特別方便, 無需進行再調整。但是它可靠性較差, 容易突然損壞。筆者認為擴散矽壓力變送器的損壞, 除了與電路設計是否合理、元器件的質量優劣有關外, 使用地區以及環境對該儀表的可靠性和壽命影響極大。尤其是在南方和多雷雨的山區, 這類儀表極易造成突然燒毀和擊穿。

此外, 由於交流電源、繼電器開關等高壓感應脈衝的衝擊而造成儀表損壞。其中由雷電浪湧高壓脈衝衝擊而損壞占多數。

近年來, 由半導體壓敏元件和集成電路組成的壓力變送器和其它電子設備, 廣泛應用C M O S I C 芯片。這種電路和芯片耐靜電能能力弱, 存在“ 門鎖” 現象。CMOS I C 芯片是由P 溝道和N 溝道構成的互補器件,在兩個溝道未充分接通時, 就會燒壞芯片, 這種“ 門鎖” 現象發生在電源電壓升高, 輸人電壓大於電源電壓, 輸出電壓大於電源電壓時。所以這種半導體元件組成的電子設備在承受各種高壓脈衝噪聲, 尤其是在雷電浪湧脈衝衝擊浪的衝擊能力方麵是存在問題的。

目前, 半導體集成芯片和C M O S I C 芯片已獲得廣泛應用。儀表和壓敏元件組裝的壓力變送器也常采用這類元件, 但是這種元件耐靜電能力弱, 常被高壓脈衝噪聲擊穿而損壞。在使用這類電路時應該注意CI 芯片的額定電壓不要用到極限值, 集成電路旁邊的電源線和地線之間應安裝1即F 左右的電容器。同時應該接人氧化鋅壓敏電阻以預防雷電浪湧和其它感應高壓脈衝噪聲的衝擊。而常見的三極放電管浪湧保護器, 由於放電慢, 仍有一定寬度的浪湧脈衝響應, 極易燒壞半導體器件。三極放電管保護電路和氧化鋅壓敏電阻保護電路如圖1 所示, 上述兩種電路的浪湧響應曲線如圖2 所示

 三極放電管保護電路和氧化鋅壓敏電 阻保護電路圖

三極放電管浪湧響應曲線圖氧化鋅壓敏電阻的浪湧響應曲線

從圖中可看出, 三極放電管仍有4us寬度的浪湧響應脈衝, 而氧化鋅壓敏電阻的響應快, 抗浪湧能力強。為增強半導體設備抗高壓脈衝噪聲和雷電浪湧的能力, 應該采用響應快的氧化鋅壓敏電阻和承受浪湧電流衝擊能力大的放電管配合使用是最好的辦法。

    雷電浪湧、大氣感應過電壓、線路中的感性負載的接通或斷開等因素, 以及工頻交流電源線路中經常攜帶各種各樣的浪湧高壓脈衝噪聲, 這些高壓脈衝噪聲通過交流線路之間或線路和地線之間傳到擴散矽變送器和儀表線路中。所以在變送器的電源輸人線的人口處應該使用線路濾波器。線路濾波器能衰減從交流電源線路侵人儀表變送器的幹擾噪聲, 可以用電感L 和電容C 組成最簡單的線路濾波器, 圖3 為線路原理圖。

濾波器線路原理圖

濾波器的計算公式QQ截圖20150318094224.gif

對於幅值較大的浪湧噪聲脈衝, 可以使用帶有高壓脈衝衰減特性的濾波器, 或者使用內帶壓敏電阻, 具有浪湧吸收特性的線路濾波器。圖4是帶有浪湧吸收特性的濾波器在受到高壓脈衝信號幹擾後的輸出特性曲線。從圖4 可見, 帶有浪湧吸收器電路響應迅速, 可以有效地抑製脈衝噪聲的衝擊, 保護C M O S IC 芯片和半導體設備免受擊穿和損壞。

 

帶有浪湧吸收特性的濾波器在受到高壓脈衝信號幹擾後的輸出特性曲線

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