蓝宝石是Al?O3的晶体结构,熔点达到2040℃,具有良好的光学特性、绝缘性,在1500℃时机械性能良好,是制备高温传感器的理想材料。目前基于蓝宝石的高温传感器主要有两大类,下面分类介绍。
蓝宝石高温压力传感器是一种应变电阻式工作原理,采用硅-蓝宝石作为半导体压力敏感元件,具有较好的的计量特性。蓝宝石是由单晶体绝缘体元素组成,一般不会发生滞后、疲劳和蠕变现象;蓝宝石比硅要坚固,硬度更高,不怕形变;蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性(1000℃以内),因此,利用硅-蓝宝石制造的半导体压力敏感元件,对温度变化不敏感,即使在高温条件下,压力传感器也有着很好的工作特性;蓝宝石的抗辐射特性比较好;另外,硅-蓝宝石半导体压力敏感元件,无p-n漂移,因此,从根本上简化了制造工艺,提高了重复性,确保了高成品率。
用硅-蓝宝石半导体敏感元件制造的高温压力传感器,可在最恶劣的工作条件下正常工作,并且可靠性高、精度好、温度误差极小、但是一般性价比不高。要特别指出的是,这种高温压力传感器一般需要从俄罗斯独家进口,在售后服务上面临一定的风险。
蓝宝石表压压力传感器由双膜片构成:钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片,被焊接在钛合金测量膜片上。被测压力传送到接收膜片上(接收膜片与测量膜片之间用拉杆坚固的连接在一起)。在压力的作用下,钛合金接收膜片产生形变,该形变被硅-蓝宝石敏感元件感知后,其电桥输出会发生变化,变化的幅度与被测压力成正比。
蓝宝石高温压力传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电,并将应变电桥的失衡信号转换为工业标准的电信号输出(例如4-20mA信号)。在绝压压力传感器和变送器中,蓝宝石薄片,与陶瓷基极玻璃焊料连接在一起,起到了弹性元件的作用,将被测压力转换为应变片形变,从而达到压力测量的目的。