חיישן לחץ MEMS

חיישני לחץ MEMS הם הליבה המוחלטת והמיינסטרים של טכנולוגיית חישת הלחץ המודרנית. הם מייצגים מהפכה במזעור, אינטליגנציה ובעלות נמוכה.

 

MEMS, או Micro-Electro-Mechanical Systems, מתייחס למערכות מכניות ואלקטרוניות מיניאטוריות המיוצרות בכמויות גדולות על פרוסות סיליקון באמצעות תהליכי ייצור של מעגלים משולבים (IC).

הליבה של חיישן לחץ MEMS היא דיאפרגמת סיליקון בקנה מידה מיקרומטר-. לחץ הפועל על דיאפרגמה זו גורם לה לעיוות. עיוות זה משנה את המאפיינים החשמליים של רכיבי חישה משולבים, ועל ידי מדידת שינויים חשמליים אלה, ניתן לגזור את ערך הלחץ. בהתבסס על עקרון החישה, הם מחולקים בעיקר לסוגים הבאים:

• עיקרון: אלמנטים פייזוריסטיים נוצרים על דיאפרגמת הסיליקון באמצעות תהליך סימום ומחוברים ליצירת גשר Wheatstone. כאשר הדיאפרגמה מתעוותת בלחץ, ערכי ההתנגדות משתנים, מה שגורם לגשר להוציא אות מתח פרופורציונלי ללחץ.
• מאפיינים: טכנולוגיה בוגרת, מבנה פשוט, אות פלט גדול, עלות נמוכה. זהו הסוג הנפוץ והחסכוני ביותר של חיישן לחץ MEMS. עם זאת, הוא רגיש לטמפרטורה ודורש פיצוי טמפרטורה.

• עקרון: דיאפרגמת הסיליקון פועלת כלוח קבל אחד, ויוצרת קבל מיניאטורי עם לוח קבוע אחר. לחץ מעוות את הסרעפת, משנה את המרחק בין שני הלוחות, ובכך גורם לשינוי בקיבול.
• מאפיינים: צריכת חשמל נמוכה, רגישות גבוהה, מאפייני טמפרטורה טובים, עמידות חזקה בפני עומס יתר. משמש לעתים קרובות בשדות מדידה של-הספק ולחץ נמוך-נמוך.

• עקרון: לחץ משנה את הלחץ בסרעפת הסיליקון, מה שמשנה את התדר הטבעי של קרן תהודה מיניאטורית המיוצרת עליה. הלחץ מורגש על ידי מדידת השינוי בתדר.
• מאפיינים: דיוק גבוה מאוד, יציבות טובה, פלט דיגיטלי (תדר). עם זאת, המבנה מורכב, העלות גבוהה, והוא משמש בעיקר בתחומי תעשייה ותעופה וחלל מתקדמים-.

חיישני לחץ של MEMS מיוצרים על פרוסות סיליקון תוך שימוש בתהליכי מוליכים למחצה סטנדרטיים (כגון פוטוליתוגרפיה, תחריט, דיפוזיה, שקיעת-סרט דק). שלב המפתח הוא יצירת החלל וסרעפת הלחץ, בדרך כלל תוך שימוש בטכניקות מיקרו-מכונות בתפזורת או טכניקות מיקרו-עיבוד פני השטח.

בהשוואה לחיישני לחץ מכאניים או מתכתיים מסורתיים, לחיישני לחץ של MEMS יש יתרונות מדהימים:

• הַזעָרָה:גודל יכול להיות קטן כמו מילימטר או אפילו מיקרומטר, מה שהופך אותם קלים לשילוב.
• ייצור המוני ועלות נמוכה:מיוצר בו-זמנית באלפים על פרוסות, בדיוק כמו שבבים, מה שמפחית באופן דרסטי את העלות לחיישן.
• דיוק גבוה ואמינות גבוהה:ללא חלקים נעים, חיי עייפות ארוכים.
• צריכת חשמל נמוכה:מתאים במיוחד למכשירים ניידים המופעלים על סוללה-.
• מוֹדִיעִין:ניתן לשלב בקלות מעגלי מיזוג אותות, מיקרו-מעבדים, חיישני טמפרטורה וכו' באותו שבב כמו יחידת החישה, ויוצרים "מערכת-על-שבב" להשגת-פיצוי עצמי, כיול-עצמי ופלט דיגיטלי.

לחץ הייחוס הוא ואקום. הוא מודד לחץ ביחס לוואקום מושלם.

יישומים: מדי גובה, תחנות מזג אוויר, מערכות ואקום.

לחץ הייחוס הוא הלחץ האטמוספרי הנוכחי. הוא מודד לחץ ביחס ללחץ האטמוספרי. בדרך כלל יש חור אוורור במארז.

יישומים: מדי לחץ דם, ברומטרים, בקרת תהליכים תעשייתיים (למשל, לחץ בצנרת).

יישומים: מדידת זרימה, ניטור סתימת מסנן, מדידת רמת נוזל.

תגיות פופולריות: חיישן לחץ mems, ספקי חיישן לחץ mems בסין