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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，進而實現壓力傳感器過載保護的目的。針對差壓傳感器表現為正負雙腔和中心過載保護膜片聯動保護的設計方案，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；對于表壓和絕壓傳感器表現為測量端和過載保護膜片聯動的設計方案，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。

       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，或壓力管路內出現非正常性的壓力沖擊和波動，易產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場的可靠運行，已愈來愈引起傳感器生產商和用戶的重視。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。惠斯登電橋的輸出信號經電路處理后，即產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。