壓力感測器在不同溫度不同壓力下量測結果

第五章 壓力感測器在不同溫度不同壓力下量測

圖5-2 恆溫加熱槽

圖5-3 壓力感測器量測系統

圖5-4 只有將壓力感測器放入恆溫加熱槽之量測示意圖

5-2 DIP 封裝方式之壓力感測器量測結果

表5-1 全磊微機電壓力感測器規格表

Circuit

Thermocouple

Pressure Sensor

由表 5-1 中，可知輸入壓力範圍為 0~5.8 psi。此壓力範圍最適合血壓計的應 用，偏移電壓為±25mV。圖 5-5~5-6 為全磊微機電壓力感測器。

圖5-5 全磊微機電壓力感測器外觀圖

圖5-6 全磊微機電壓力感測器內部封裝打線圖

表5-2 全磊微機電壓力感測器使用脈波_定電流量測電路在不同溫度及壓力下 量測結果

TEMPERATURE(°C)

PRESSURE(PSI) 0 10 20 30 40 50 60 70 0.06 238.6 237.9 237.3 237.3 237.3 237.3 237.3 237.3 0.20 240.9 240.7 240.5 240.2 240.2 240.2 240.2 240.2 0.40 244.5 244.1 243.6 243.5 243.5 243.5 243.4 243.5 0.60 248.7 247.6 246.8 246.6 246.6 246.6 246.6 246.6 0.80 253.0 252.0 251.3 250.3 250.3 250.3 250.2 250.3 1.00 256.3 255.5 254.9 254.3 254.3 254.3 254.3 254.3 1.20 259.6 259.0 258.4 258.0 257.9 257.9 258.0 258.0 1.40 263.3 262.5 262.0 261.6 261.6 261.4 261.4 261.4 1.60 266.6 266.0 265.8 265.2 265.1 264.5 264.5 264.5 1.80 270.3 269.5 269.2 268.7 268.6 267.9 267.9 267.9 2.00 273.8 273.0 272.8 272.3 272.2 271.5 271.5 271.5 2.20 277.6 276.5 276.5 276.0 275.5 275.1 275.1 275.1 2.40 280.9 280.6 280.1 279.6 279.1 278.7 278.7 278.7 2.60 284.7 284.2 283.8 283.2 282.6 282.3 282.3 282.3 2.80 288.8 287.9 287.2 286.8 285.8 285.7 285.6 285.7 3.00 292.6 291.8 290.8 290.4 289.2 289.0 288.9 289.0 3.20 296.5 295.3 294.3 294.0 292.8 292.5 292.5 292.5 3.40 300.2 298.9 297.9 297.6 296.1 296.0 295.9 295.8 3.60 304.3 302.4 301.6 301.2 299.5 299.5 299.3 298.8 3.80 308.1 307.1 305.2 304.8 302.9 303.0 302.9 302.8 4.00 311.8 310.6 308.8 308.3 306.4 306.4 306.4 306.3 4.20 315.4 314.2 312.5 311.9 309.9 309.9 309.7 309.6 4.40 319.0 317.8 316.1 315.5 313.4 313.4 313.2 313.0 4.60 322.5 321.3 319.7 319.1 316.9 316.8 316.6 316.2 4.80 326.0 324.9 323.3 322.8 320.2 320.0 319.9 319.3 5.00 329.5 328.3 326.9 326.4 323.7 323.6 323.3 322.8 5.20 333.1 331.9 330.4 329.7 327.3 327.2 327.0 325.9 5.40 336.7 335.3 334.0 333.4 330.8 330.6 330.1 329.2 5.60 340.3 338.8 337.6 336.8 334.3 334.0 333.4 332.6 5.80 343.9 342.4 341.1 340.1 337.3 337.2 336.8 336.0

235.0 245.0 255.0 265.0 275.0 285.0 295.0 305.0 315.0 325.0 335.0 345.0

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

INPUT(PSI)

OU TP U T (A D U )

0°C 10°C 20°C 30°C 40°C 50°C 60°C 70°C

圖5-7 以脈波_定電流電路測試全磊微機電壓力感測器各溫度時的量測結果

235.0 245.0 255.0 265.0 275.0 285.0 295.0 305.0 315.0 325.0 335.0 345.0

0 10 20 30 40 50 60 70

Temperature(°C)

OU TP U T (A D U )

0.06PSI 0.2PSI 0.4PSI 0.6PSI 0.8PSI 1.0PSI 1.2PSI 1.4PSI 1.6PSI 1.8PSI 2.0PSI 2.2PSI 2.4PSI 2.6PSI 2.8PSI 3.0PSI 3.2PSI 3.4PSI 3.6PSI 3.8PSI 4.0PSI 4.2PSI 4.4PSI 4.6PSI 4.8PSI 5.0PSI 5.2PSI 5.4PSI 5.6PSI 5.8PSI

圖5-8 以脈波_定電流電路測試全磊微機電壓力感測器在不同溫度下，相同的外 加壓力時，所得到的量測結果

表5-3 全磊微機電壓力感測器使用脈波_定電壓量測電路在不同溫度及壓力下 量測結果

TEMPERATURE(°C)

PRESSURE(PSI) 0 10 20 30 40 50 60 70 0.06 238.4 236.9 236.8 236.6 236.6 236.4 236.3 236.0 0.20 241.2 239.6 239.6 239.6 239.5 239.5 239.2 238.7 0.40 245.5 243.6 243.6 243.5 243.5 243.6 243.3 243.0 0.60 249.2 247.7 247.6 247.6 247.1 246.9 246.5 246.0 0.80 253.3 251.6 251.5 251.5 250.8 250.5 250.0 249.5 1.00 257.5 255.5 255.4 255.2 254.6 253.8 253.5 253.1 1.20 261.6 259.9 259.4 259.2 258.4 257.8 257.5 256.7 1.40 265.7 264.4 263.4 263.1 262.3 261.3 261.0 260.1 1.60 269.7 268.1 267.4 267.3 266.7 265.5 264.8 263.7 1.80 273.9 272.7 271.5 271.3 269.9 268.8 268.0 267.1 2.00 277.7 276.0 275.4 275.1 274.0 272.8 271.8 270.7 2.20 282.5 281.1 279.4 278.8 277.2 276.0 275.4 274.4 2.40 286.7 284.4 283.5 282.5 281.2 280.0 279.2 278.2 2.60 290.8 288.4 287.6 286.6 285.2 283.4 282.6 281.5 2.80 294.7 292.3 291.4 289.9 288.7 287.4 286.6 285.2 3.00 298.8 296.3 295.5 294.7 292.6 291.0 290.1 288.9 3.20 302.9 300.1 299.4 298.0 296.6 295.1 294.0 292.5 3.40 306.8 304.2 303.5 302.5 300.2 298.6 297.4 296.1 3.60 310.9 308.2 307.5 306.1 304.2 302.3 301.3 299.3 3.80 315.1 312.2 311.4 310.1 307.8 305.8 304.5 303.4 4.00 319.1 316.2 315.3 313.8 312.0 309.8 308.3 307.0 4.20 323.2 320.3 319.4 317.3 315.2 313.2 311.9 310.7 4.40 327.4 324.3 323.4 322.4 319.0 317.2 315.9 314.4 4.60 331.8 328.3 327.6 325.2 323.0 321.0 319.7 318.0 4.80 336.1 332.5 331.5 328.8 326.8 325.1 323.4 321.1 5.00 339.9 336.3 335.4 332.7 330.0 329.0 326.5 324.3 5.20 344.2 340.2 339.5 336.8 333.9 331.9 330.0 328.2 5.40 348.2 343.8 342.7 340.5 338.0 335.7 334.3 332.2 5.60 351.9 347.7 346.7 344.3 341.6 339.6 337.4 335.3 5.80 356.0 352.3 350.6 348.2 345.0 343.0 341.0 338.8

230.0 240.0 250.0 260.0 270.0 280.0 290.0 300.0 310.0 320.0 330.0 340.0 350.0 360.0

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 INPUT(PSI)

O U T P UT (A DU)

0°C 10°C 20°C 30°C 40°C 50°C 60°C 70°C

圖5-9 以脈波_定電壓電路測試全磊微機電壓力感測器各溫度時的量測結果

230.0 240.0 250.0 260.0 270.0 280.0 290.0 300.0 310.0 320.0 330.0 340.0 350.0 360.0

0 10 20 30 40 50 60 70

Temperature(°C)

O U T P UT (A DU)

0.06PSI 0.2PSI 0.4PSI 0.6PSI 0.8PSI 1.0PSI 1.2PSI 1.4PSI 1.6PSI 1.8PSI 2.0PSI 2.2PSI 2.4PSI 2.6PSI 2.8PSI 3.0PSI 3.2PSI 3.4PSI 3.6PSI 3.8PSI 4.0PSI 4.2PSI 4.4PSI 4.6PSI 4.8PSI 5.0PSI 5.2PSI 5.4PSI 5.6PSI 5.8PSI

圖5-10 以脈波_定電壓電路測試全磊微機電壓力感測器在不同溫度下，相同的外 加壓力時，所得到的量測結果

表5-4 全磊微機電壓力感測器使用連續波_定電流量測電路在不同溫度及壓力 下量測結果

TEMPERATURE(°C)

PRESSURE(PSI) 0 10 20 30 40 50 60 70 0.06 0.193 0.192 0.192 0.190 0.189 0.189 0.188 0.189 0.20 0.209 0.209 0.209 0.206 0.204 0.206 0.203 0.205 0.40 0.231 0.230 0.230 0.227 0.224 0.225 0.223 0.225 0.60 0.253 0.251 0.251 0.247 0.245 0.245 0.245 0.245 0.80 0.274 0.272 0.271 0.268 0.265 0.266 0.266 0.265 1.00 0.297 0.294 0.293 0.288 0.286 0.287 0.285 0.285 1.20 0.318 0.316 0.314 0.310 0.307 0.306 0.305 0.306 1.40 0.340 0.337 0.336 0.331 0.327 0.327 0.326 0.326 1.60 0.362 0.359 0.357 0.351 0.348 0.347 0.346 0.346 1.80 0.384 0.381 0.378 0.372 0.368 0.368 0.366 0.366 2.00 0.406 0.402 0.400 0.394 0.388 0.388 0.386 0.386 2.20 0.429 0.424 0.420 0.415 0.409 0.409 0.406 0.408 2.40 0.451 0.446 0.442 0.435 0.431 0.429 0.427 0.427 2.60 0.473 0.467 0.464 0.456 0.450 0.451 0.447 0.448 2.80 0.495 0.489 0.484 0.478 0.471 0.470 0.468 0.467 3.00 0.518 0.511 0.506 0.499 0.494 0.491 0.488 0.488 3.20 0.539 0.532 0.528 0.520 0.513 0.512 0.508 0.508 3.40 0.562 0.554 0.550 0.540 0.533 0.532 0.528 0.528 3.60 0.583 0.576 0.572 0.561 0.553 0.552 0.548 0.548 3.80 0.605 0.597 0.593 0.582 0.575 0.572 0.568 0.569 4.00 0.627 0.619 0.617 0.602 0.595 0.592 0.590 0.589 4.20 0.649 0.641 0.637 0.623 0.616 0.615 0.610 0.609 4.40 0.671 0.663 0.655 0.646 0.636 0.634 0.631 0.628 4.60 0.693 0.685 0.675 0.667 0.657 0.654 0.650 0.650 4.80 0.715 0.707 0.696 0.687 0.676 0.674 0.670 0.669 5.00 0.737 0.728 0.717 0.708 0.699 0.694 0.690 0.689 5.20 0.760 0.750 0.738 0.729 0.720 0.715 0.710 0.709 5.40 0.781 0.772 0.760 0.750 0.739 0.736 0.731 0.730 5.60 0.803 0.794 0.782 0.771 0.759 0.756 0.750 0.749 5.80 0.825 0.816 0.804 0.792 0.782 0.777 0.771 0.770

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 INPUT(PSI)

OU TP U T (V )

0°C 10°C 20°C 30°C 40°C 50°C 60°C 70°C

圖5-11 以連續波_定電流電路測試全磊微機電壓力感測器各溫度時的量測結果

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800

0 10 20 30 40 50 60 70

Temperature(°C)

OU TP U T (V )

0.06PSI 0.2PSI 0.4PSI 0.6PSI 0.8PSI 1.0PSI 1.2PSI 1.4PSI 1.6PSI 1.8PSI 2.0PSI 2.2PSI 2.4PSI 2.6PSI 2.8PSI 3.0PSI 3.2PSI 3.4PSI 3.6PSI 3.8PSI 4.0PSI 4.2PSI 4.4PSI 4.6PSI 4.8PSI 5.0PSI 5.2PSI 5.4PSI 5.6PSI 5.8PSI

圖5-12 以連續波_定電流電路測試全磊微機電壓力感測器在不同溫度下，相同 的外加壓力時，所得到的量測結果

表5-5 全磊微機電壓力感測器使用連續波_定電壓量測電路在不同溫度及壓力 下量測結果

TEMPERATURE(°C)

PRESSURE(PSI) 0 10 20 30 40 50 60 70 0.06 0.905 0.895 0.874 0.863 0.849 0.845 0.837 0.836 0.20 0.993 0.968 0.950 0.941 0.925 0.920 0.905 0.908 0.40 1.092 1.072 1.061 1.033 1.014 1.015 1.003 0.997 0.60 1.193 1.178 1.150 1.134 1.112 1.108 1.089 1.088 0.80 1.296 1.285 1.251 1.235 1.210 1.203 1.195 1.187 1.00 1.403 1.382 1.351 1.329 1.303 1.299 1.287 1.272 1.20 1.517 1.491 1.452 1.432 1.398 1.389 1.383 1.367 1.40 1.631 1.590 1.551 1.527 1.494 1.482 1.462 1.466 1.60 1.726 1.694 1.649 1.626 1.595 1.576 1.563 1.552 1.80 1.827 1.797 1.751 1.725 1.686 1.670 1.653 1.646 2.00 1.929 1.897 1.851 1.824 1.781 1.766 1.747 1.740 2.20 2.034 2.003 1.956 1.923 1.877 1.860 1.836 1.828 2.40 2.145 2.108 2.058 2.018 1.977 1.952 1.930 1.920 2.60 2.241 2.200 2.158 2.123 2.070 2.050 2.020 2.021 2.80 2.349 2.298 2.256 2.218 2.165 2.143 2.111 2.107 3.00 2.456 2.399 2.358 2.318 2.261 2.238 2.207 2.196 3.20 2.559 2.505 2.462 2.417 2.355 2.336 2.299 2.290 3.40 2.661 2.606 2.561 2.512 2.451 2.430 2.389 2.382 3.60 2.763 2.706 2.665 2.608 2.547 2.521 2.488 2.478 3.80 2.869 2.818 2.768 2.707 2.643 2.628 2.581 2.569 4.00 2.977 2.911 2.859 2.803 2.736 2.709 2.670 2.662 4.20 3.080 3.013 2.968 2.902 2.830 2.806 2.760 2.752 4.40 3.187 3.116 3.063 3.001 2.931 2.897 2.857 2.846 4.60 3.283 3.221 3.169 3.101 3.026 2.994 2.947 2.942 4.80 3.388 3.321 3.268 3.195 3.116 3.090 3.049 3.025 5.00 3.492 3.425 3.368 3.297 3.216 3.182 3.139 3.129 5.20 3.605 3.526 3.476 3.393 3.309 3.277 3.223 3.220 5.40 3.699 3.628 3.564 3.499 3.404 3.374 3.310 3.311 5.60 3.820 3.729 3.610 3.597 3.500 3.463 3.400 3.391 5.80 3.909 3.840 3.669 3.688 3.595 3.559 3.489 3.490

0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 INPUT(PSI)

OU TP U T (V )

0°C 10°C 20°C 30°C 40°C 50°C 60°C 70°C

圖5-13 以連續波_定電壓電路測試全磊微機電壓力感測器各溫度時的量測結果

0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000

0 10 20 30 40 50 60 70

Temperature(°C)

OU TP U T (V )

0.06PSI 0.2PSI 0.4PSI 0.6PSI 0.8PSI 1.0PSI 1.2PSI 1.4PSI 1.6PSI 1.8PSI 2.0PSI 2.2PSI 2.4PSI 2.6PSI 2.8PSI 3.0PSI 3.2PSI 3.4PSI 3.6PSI 3.8PSI 4.0PSI 4.2PSI 4.4PSI 4.6PSI 4.8PSI 5.0PSI 5.2PSI 5.4PSI 5.6PSI 5.8PSI

圖5-14 以連續波_定電壓電路測試全磊微機電壓力感測器在不同溫度下，相同 的外加壓力時，所得到的量測結果

5-3 COB 封裝方式之壓力感測器量測結果

表5-6 矽微電子壓力感測器規格表

種類 標準型(以玻璃為底)

壓力類型 標準壓力

壓力 空氣

單位：千帕斯卡 14.7 49.0

壓力單位

單位：磅/平方英寸 101 338

最大應用壓力 兩倍壓力單位

電阻 5000±20%Ω

環境溫度 -20 to 100℃(無冰凍或壓縮)

保存溫度 -40 to 100℃(無冰凍或壓縮)

溫度補償範圍 0 to 50℃

驅動電流(固定電流) 1.5mA DC

輸出電壓 100±40mV

補償電壓 ±20mV

線性 ±0.5%FS ±0.3%FS

壓力磁滯 ±0.4%FS ±0.2%FS

補償 溫度-電壓 特性(0 to 50℃) ±5.0%FS 敏感溫度特性(0 to 50℃) ±2.5%FS

由表 5-6 中，可知輸入壓力範圍為 0~49 psi，偏移電壓為±20mV。量測時的 溫度範圍可到達100℃。圖 5-15~5-16 為矽微電子壓力感測器

圖5-15 矽微電子壓力感測器外觀圖

圖5-16 矽微電子壓力感測器內部封裝打線圖

表5-7 矽微電子壓力感測器使用脈波_定電流量測電路在不同溫度及壓力下 量測結果

TEMPERATURE( ° C)

PRESSURE(PSI) 0 10 20 30 40 50 60 70 0.06 213.4 213.4 213.4 213.4 213.4 213.4 213.4 213.4 5 222.7 222.7 222.7 222.7 222.3 222.2 222.2 222.2 10 231.6 231.6 231.5 231.5 231.2 231.0 231.0 231.0 15 240.8 240.8 240.7 240.7 240.3 240.3 240.0 240.0 20 250.0 249.7 249.7 249.7 249.1 249.1 248.9 248.9 25 259.6 259.2 259.0 259.0 258.2 258.0 257.7 257.3 30 268.8 268.2 268.0 267.8 267.2 267.0 266.5 266.5 35 278.1 277.4 277.0 276.9 276.4 275.8 275.3 275.3 40 287.3 286.8 286.3 286.0 285.3 284.7 284.2 284.2 45 296.5 295.5 295.3 295.2 294.2 293.5 293.1 293.1

210.0 220.0 230.0 240.0 250.0 260.0 270.0 280.0 290.0 300.0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

INPUT(PSI)

O U T P UT (A DU)

0°C 10°C 20°C 30°C 40°C 50°C 60°C 70°C

圖5-17 以脈波_定電流電路測試矽微電子壓力感測器各溫度時的量測結果

210.0 220.0 230.0 240.0 250.0 260.0 270.0 280.0 290.0 300.0

0 10 20 30 40 50 60 70

Temperature(°C)

O U T P UT (A DU)

0.06PSI 5PSI 10PSI 15PSI 20PSI 25PSI 30PSI 35PSI 40PSI 45PSI

圖5-18 以脈波_定電流電路測試矽微電子壓力感測器在不同溫度下，相同的 外加壓力時，所得到的量測結果

表5-8 矽微電子壓力感測器使用脈波_定電壓量測電路在不同溫度及壓力下 量測結果

TEMPERATURE( ° C)

PRESSURE(PSI) 0 10 20 30 40 50 60 70 0.06 213.1 212.4 210.9 210.8 210.9 210.9 210.9 210.8

5 225.2 224.0 222.7 222.0 222.0 222.0 222.0 222.0 10 237.4 236.0 234.4 233.8 233.8 233.4 233.4 232.8 15 249.1 247.8 246.1 245.2 244.9 244.3 243.7 243.1 20 261.8 259.7 257.8 256.8 256.3 255.6 254.9 254.4 25 273.9 271.5 269.5 268.5 267.7 266.9 266.0 265.2 30 285.6 283.5 281.3 280.0 279.0 278.0 276.4 275.6 35 297.7 295.7 292.9 291.7 290.3 289.0 287.4 286.6 40 310.0 307.6 304.6 303.2 301.8 300.3 298.8 296.6 45 322.3 319.6 316.5 314.6 312.2 310.7 309.0 306.9

210.0 220.0 230.0 240.0 250.0 260.0 270.0 280.0 290.0 300.0 310.0 320.0 330.0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 INPUT(PSI)

OU TP U T (A D U )

0°C 10°C 20°C 30°C 40°C 50°C 60°C 70°C

圖5-19 以脈波_定電壓電路測試矽微電子壓力感測器各溫度時的量測結果

210.0 220.0 230.0 240.0 250.0 260.0 270.0 280.0 290.0 300.0 310.0 320.0 330.0

0 10 20 30 40 50 60 70

Temperature(°C)

O U T P UT (A DU)

0.06PSI 5PSI 10PSI 15PSI 20PSI 25PSI 30PSI 35PSI 40PSI 45PSI

圖5-20 以脈波_定電壓電路測試矽微電子壓力感測器在不同溫度下，相同的 外加壓力時，所得到的量測結果

表5-9 矽微電子壓力感測器使用連續波_定電流量測電路在不同溫度及壓力下 量測結果

TEMPERATURE( ° C)

PRESSURE(PSI) 0 10 20 30 40 50 60 70 0.06 0.049 0.049 0.048 0.048 0.045 0.046 0.045 0.045

5 0.103 0.103 0.101 0.101 0.097 0.098 0.098 0.091 10 0.157 0.156 0.155 0.154 0.150 0.151 0.150 0.141 15 0.211 0.212 0.208 0.208 0.203 0.204 0.202 0.191 20 0.265 0.266 0.261 0.261 0.256 0.257 0.254 0.242 25 0.320 0.321 0.315 0.314 0.310 0.310 0.307 0.295 30 0.375 0.375 0.369 0.368 0.363 0.363 0.360 0.348 35 0.430 0.430 0.423 0.422 0.418 0.416 0.413 0.400 40 0.485 0.484 0.476 0.475 0.471 0.470 0.466 0.455 45 0.540 0.538 0.530 0.529 0.525 0.523 0.518 0.504

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 INPUT(PSI)

OU TP U T (V )

0°C 10°C 20°C 30°C 40°C 50°C 60°C 70°C

圖5-21 以連續波_定電流電路測試矽微電子壓力感測器各溫度時的量測結果

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500

0 10 20 30 40 50 60 70

Temperature(°C)

OU TP U T (V )

0.06PSI 5PSI 10PSI 15PSI 20PSI 25PSI 30PSI 35PSI 40PSI 45PSI

圖5-22 以連續波_定電流電路測試矽微電子壓力感測器在不同溫度下，相同的 外加壓力時，所得到的量測結果

表5-10 矽微電子壓力感測器使用連續波_定電壓量測電路在不同溫度及壓力下 量測結果

TEMPERATURE( ° C)

PRESSURE(PSI) 0 10 20 30 40 50 60 70 0.06 0.263 0.244 0.240 0.220 0.205 0.205 0.204 0.195

5 0.566 0.542 0.534 0.509 0.490 0.490 0.486 0.464 10 0.876 0.845 0.833 0.800 0.780 0.777 0.771 0.740 15 1.184 1.147 1.133 1.093 1.070 1.064 1.054 1.014 20 1.494 1.451 1.434 1.387 1.361 1.353 1.335 1.291 25 1.800 1.757 1.735 1.680 1.655 1.636 1.610 1.562 30 2.113 2.061 2.036 1.977 1.946 1.925 1.895 1.837 35 2.420 2.369 2.341 2.275 2.238 2.208 2.168 2.110 40 2.733 2.675 2.649 2.574 2.534 2.492 2.452 2.384 45 3.048 2.985 2.955 2.869 2.824 2.780 2.731 2.665

0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 INPUT(PSI)

OU TP U T (V )

0°C 10°C 20°C 30°C 40°C 50°C 60°C 70°C

圖5-23 以連續波_定電壓電路測試矽微電子壓力感測器各溫度時的量測結果

0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500

0 10 20 30 40 50 60 70

Temperature(°C)

OU TP U T (V )

0.06PSI 5PSI 10PSI 15PSI 20PSI 25PSI 30PSI 35PSI 40PSI 45PSI

圖5-24 以連續波_定電壓電路測試矽微電子壓力感測器在不同溫度下，相同的 外加壓力時，所得到的量測結果

5-4 壓力感測器與溫度曲線擬合的關係

以脈波_定電流電路測試全磊微機電壓力感測器的量測結果為例，若以一大 氣壓(14.7psi)常溫(25°C)為基準，其中 t 為溫度，p 為壓力，Y 為量測結果【28】。

當溫度與壓力的關係為一階(n=1)時，可表示成下式:

∑∑ ∑

= = =

−

−

−

−

−

=

ⁿ

i n

j

n

i

n i

j

i

p t p

t Y

0 0 1

) 7 . 14 ( ) 25 ( )

7 . 14 ( ) 25

(

將量測數據與n=1 時的方程式，以 Mathematica 軟體，做曲線擬合的結果為:

498.471+17.7588(p-14.7)-0.058131(t-25) (5-1) 將不同溫度，不同壓力代入方程式 5-1，將此方程式所求出的值，與實際量 測值作一比較。可得由式5-1 所求得的結果，與實際量測值的誤差百分比。如表 5-11 所示。可知式 5-1 所求得的結果，其最大誤差量為 1.053%，已小於一般要 求2%以內。所以可將全磊微機電壓力感測器輸出信號之數學模式以式 5-1 表示 之。

以脈波_定電流電路測試矽微電子壓力感測器的量測結果為例，若以一大氣 壓(14.7psi)常溫(25°C)為基準，其中 t 為溫度，p 為壓力，Y 為量測結果。

當溫度與壓力的關係為一階(n=1)時，可表示成下式:

∑∑ ∑

= = =

−

−

−

−

−

=

ⁿ

i n

j

n

i

n i

j

i

p t p

t Y

0 0 1

) 7 . 14 ( ) 25 ( )

7 . 14 ( ) 25

(

將量測數據與n=1 時的方程式，以 Mathematica 軟體，做曲線擬合的結果為:

240.128+1.80567(p-14.7)-0.0255238(t-25) (5-2) 將不同溫度，不同壓力，代入方程式 5-2，將此方程式所求出的值，與實際 量測值作一比較。可得由式5-2 所求得的結果，與實際量測值的誤差百分比。如 表5-12 所示。可知式 5-2 所求得的結果，其最大誤差量為 0.452%，已小於一般 要求2%以內。所以可將矽微電子壓力感測器輸出信號之數學模式以式 5-2 表示 之。

表5-11 以曲線擬合方程式與實際量測值比較所得到的誤差百分比(全磊微機電壓 力感測器使用脈波_定電流量測電路)

TEMPERATURE(°C)

PRESSURE(PSI) 0 10 20 30 40 50 60 70 0.06 0.113% 0.163% 0.172% 0.073% 0.318% 0.563% 0.808% 1.053%

0.20 0.631% 0.474% 0.316% 0.199% 0.043% 0.285% 0.527% 0.769%

0.40 0.603% 0.529% 0.497% 0.300% 0.061% 0.178% 0.376% 0.655%

0.60 0.332% 0.543% 0.633% 0.479% 0.243% 0.008% 0.228% 0.464%

0.80 0.030% 0.197% 0.244% 0.413% 0.180% 0.052% 0.244% 0.516%

1.00 0.128% 0.214% 0.222% 0.230% 0.001% 0.227% 0.456% 0.684%

1.20 0.224% 0.231% 0.239% 0.169% 0.017% 0.243% 0.507% 0.732%

1.40 0.164% 0.248% 0.217% 0.148% 0.074% 0.220% 0.442% 0.665%

1.60 0.257% 0.264% 0.121% 0.128% 0.053% 0.046% 0.266% 0.486%

1.80 0.198% 0.280% 0.176% 0.146% 0.033% 0.011% 0.206% 0.423%

2.00 0.215% 0.295% 0.156% 0.126% 0.051% 0.007% 0.221% 0.435%

2.20 0.122% 0.310% 0.100% 0.071% 0.041% 0.024% 0.236% 0.447%

2.40 0.210% 0.110% 0.082% 0.053% 0.024% 0.041% 0.250% 0.459%

2.60 0.120% 0.092% 0.028% 0.035% 0.042% 0.058% 0.264% 0.470%

2.80 0.071% 0.039% 0.081% 0.018% 0.164% 0.004% 0.173% 0.411%

3.00 0.155% 0.081% 0.063% 0.001% 0.215% 0.083% 0.084% 0.319%

3.20 0.271% 0.062% 0.080% 0.016% 0.196% 0.100% 0.099% 0.298%

3.40 0.317% 0.077% 0.063% 0.032% 0.278% 0.116% 0.047% 0.209%

3.60 0.492% 0.059% 0.013% 0.047% 0.326% 0.132% 0.005% 0.023%

3.80 0.567% 0.432% 0.003% 0.063% 0.372% 0.147% 0.011% 0.170%

4.00 0.608% 0.411% 0.019% 0.045% 0.385% 0.195% 0.006% 0.152%

4.20 0.616% 0.422% 0.066% 0.060% 0.397% 0.210% 0.087% 0.069%

4.40 0.624% 0.432% 0.080% 0.075% 0.409% 0.224% 0.102% 0.019%

4.60 0.601% 0.411% 0.095% 0.089% 0.421% 0.269% 0.149% 0.092%

4.80 0.579% 0.421% 0.108% 0.134% 0.496% 0.377% 0.226% 0.233%

5.00 0.557% 0.371% 0.122% 0.147% 0.506% 0.358% 0.271% 0.246%

5.20 0.566% 0.381% 0.105% 0.069% 0.486% 0.339% 0.223% 0.382%

5.40 0.574% 0.332% 0.118% 0.113% 0.496% 0.381% 0.357% 0.455%

5.60 0.582% 0.166% 0.131% 0.067% 0.507% 0.423% 0.429% 0.496%

5.80 0.590% 0.324% 0.115% 0.008% 0.666% 0.523% 0.470% 0.536%

0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

INPUT(PSI)

E rro r(% )

0℃

10℃

20℃

30℃

40℃

50℃

60℃

70℃

圖5-25 以壓力的觀點來看 n=1 時全磊微機電壓力感測器曲線擬合的誤差

0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200

0 10 20 30 40 50 60 70

Temperature(°C)

E rro r(% )

0.06PSI 0.2PSI 0.4PSI 0.6PSI 0.8PSI 1.0PSI 1.2PSI 1.4PSI 1.6PSI 1.8PSI 2.0PSI 2.2PSI 2.4PSI 2.6PSI 2.8PSI 3.0PSI 3.2PSI 3.4PSI 3.6PSI 3.8PSI 4.0PSI 4.2PSI 4.4PSI 4.6PSI 4.8PSI 5.0PSI 5.2PSI 5.4PSI 5.6PSI 5.8PSI

圖5-26 以溫度的觀點來看 n=1 時全磊微機電壓力感測器曲線擬合的誤差

表5-12 以曲線擬合方程式與實際量測值比較所得到的誤差百分比(矽微電子 壓力感測器使用脈波_定電流量測電路)

TEMPERATURE( ° C)

PRESSURE(PSI) 0 10 20 30 40 50 60 70 0.06 0.385% 0.266% 0.146% 0.027% 0.093% 0.213% 0.332% 0.452%

5 0.247% 0.133% 0.018% 0.096% 0.032% 0.101% 0.216% 0.331%

10 0.293% 0.183% 0.116% 0.006% 0.025% 0.001% 0.109% 0.220%

15 0.211% 0.105% 0.040% 0.066% 0.006% 0.112% 0.093% 0.200%

20 0.134% 0.152% 0.050% 0.052% 0.086% 0.016% 0.038% 0.141%

25 0.091% 0.035% 0.056% 0.155% 0.055% 0.034% 0.052% 0.108%

30 0.152% 0.023% 0.044% 0.065% 0.064% 0.044% 0.135% 0.040%

35 0.244% 0.085% 0.032% 0.088% 0.000% 0.125% 0.214% 0.121%

40 0.296% 0.211% 0.126% 0.111% 0.045% 0.166% 0.253% 0.163%

45 0.345% 0.094% 0.113% 0.165% 0.087% 0.239% 0.289% 0.202%

0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 0.450 0.500

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

INPUT(PSI)

Erro r(% )

0°C 10°C 20°C 30°C 40°C 50°C 60°C 70°C

圖5-27 以壓力的觀點來看 n=1 時矽微電子壓力感測器曲線擬合的誤差

0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 0.450 0.500

0 10 20 30 40 50 60 70

Temperature(°C)

Erro r(% )

0.06PSI 5PSI 10PSI 15PSI 20PSI 25PSI 30PSI 35PSI 40PSI 45PSI

圖5-28 以溫度的觀點來看 n=1 時矽微電子壓力感測器曲線擬合的誤差

第六章 結論與未來展望

6-1 量測結果分析與結論

將實驗的結果使用最小平方法計算最適合於觀測資料組的迴歸直線公式，此 直線之公式是：y=ax+b 並將 30℃設為 100%，觀察其它溫度相對於 30℃所產生 的誤差。經由化簡後，可分別計算出各量測電路對DIP 封裝方式及 COB 封裝方 式的壓力感測器所造成的溫度係數及誤差。如表6-1 及表 6-2。

表6-1 以一階線性迴歸方程式計算出其它溫度相對於 30℃的誤差 Temperature(°C) 0°C 10°C 20°C 30°C 40°C 50°C 60°C 70°C

全磊_Pulse_I 103 102 100 100 97 97 96 96 全磊_Pulse_V 105 103 102 100 98 96 94 93 矽微_Pulse_I 102 101 100 100 99 98 98 98 矽微_Pulse_V 105 103 101 100 98 96 94 92 全磊_CW_I 105 104 102 100 98 98 97 96 全磊_CW_V 106 104 102 100 97 96 94 94

矽微_CW_I 102 102 100 100 100 99 98 96 矽微_CW_V 103 102 101 100 97 95 94 92

表6-2 全磊微機電及矽微電子使用不同量測電路所產生的溫度係數 全磊_Pulse_I ±3.5%

全磊_Pulse_V ±6%

矽微_Pulse_I ±2%

矽微_Pulse_V ±6%

全磊_CW_I ±4.5%

全磊_CW_V ±6%

矽微_CW_I ±3%

矽微_CW_V ±6%

Sensitivity VS Temperature

90 92 94 96 98 100 102 104 106 108

0 10 20 30 40 50 60 70

Temperature(°C)

Normalized Sensitivity

全磊_Pulse_I 全磊_Pulse_V 矽微_Pulse_I 矽微_Pulse_V 全磊_CW_I 全磊_CW_V 矽微_CW_I 矽微_CW_V

圖6-1 壓力感測器靈敏度與溫度的關係

由實驗的結果可以得知，不論是 DIP 封裝方式，或 COB 封裝方式的壓力感 測器，使用脈波定電流量測系統所得到的結果，受溫度係數的影響最小。使用脈

波定電壓，及連續波定電壓量測系統所產生的溫度係數都是最大的6%。使用脈

波定電流量測系統所產生的溫度係數，比連續波定電流量測系統小±1%，原因是 連續波有熱平衡時間需等待一段時間，才能達到熱平衡且能量較脈波大，所以使 用脈波的量測系統所產生的溫度係數較小。對於定電壓量測系統而言，使用脈波 或連續波所造成的溫度係數都一樣且最大。此現象和壓力感測器靈敏度的溫度係 數有關，此分析結果與量測結果相符。因此可證明使用定電流的溫度係數較定電

壓小。

6-2 未來展望

預測矽微細加工壓力感測器市場將持續大幅成長。成長的原因，一方面是取 代傳統感測器，一方面是控制／量測系統及民生之需求增加而成長。依市場資料 預測，以壓力感測器為例，全部壓力感測器（含傳統式）之平均年成長率為 12.5% ，矽質壓力感測器之平均年成長率有20%之多。長此以往，則整個壓力感 測器之產業，將變成以矽質壓力感測器為主之產業。其餘非矽質感測器，將只佔 據特殊且少量的用途產品，如衛星上用。由於積體化感測器需要有更好的矽製 程，與非常複雜的製程線，因此，未來小的公司將很難勝任積體化的產品。又由 於感測器非常多樣化，大公司將會主導量大的產品，而中小公司將佔有少量多樣 的產品市場。

各國之壓力感測器產品，都是因應各國佔優勢之產業領域而推動發展。我國 也必須認識自己的優勢，發掘自己的長處，找出具有利基的產品。我國在民生消 費品方面，有部份產品佔世界相當高之比例，如個人電腦及周邊、自行車、網球 拍、血壓計等。在這些產品中，可以加裝或改用各種感測器，以增加功能，提高 附加價值，繼續佔有市場。血壓計即為一例，傳統式血壓計在國內已由數年前之 大幅出口，節節衰退；而取代傳統式血壓計之電子式血壓計，則相對的大幅成長。

目前工研院工業材料研究所，正輔導廠商發展電子式血壓計，冀望能重新挽回市 場。另外一個領域則為代工體系及能力建立後，可進而替國外代工，大量生產，

降低成本。不論是以市場規模，或是要加速我國開發系統產品，及提高競爭力來 看，感測器的開發是非常必要的。尤其是壓力感測器，因為它佔整個感測器，尤 其是矽質感測器的大部份。以技術成熟度來看，體型微細加工技術最接近台灣可 量產之程度。因此，在做法上，應該將此種技術在開始時，集中於發展壓力感測 器，並於3~5年達到量產規模。往後各種有潛力的感測器，可基於此開發經驗，

縮短開發的時程，並藉由對特定技術有經驗的華人進行技術引進，才可縮短開發 的時間與成本，抓住商業契機。

在文檔中 中 華 大 學 碩 士 論 文 (頁 78-111)