Sensor de pressão MEMS

Os sensores de pressão MEMS são o núcleo absoluto e a corrente principal da moderna tecnologia de detecção de pressão. Eles representam uma revolução em miniaturização, inteligência e baixo custo.

 

MEMS, ou Micro{0}}Eletro{1}}Sistemas Mecânicos, refere-se a sistemas mecânicos e eletrônicos em miniatura que são fabricados em massa em pastilhas de silício usando processos de fabricação de circuitos integrados (IC).

O núcleo de um sensor de pressão MEMS é um diafragma de silício em escala micrométrica. A pressão que atua sobre este diafragma faz com que ele se deforme. Esta deformação altera as características elétricas dos elementos sensores integrados e, medindo essas alterações elétricas, o valor da pressão pode ser derivado. Com base no princípio de detecção, eles são divididos principalmente nos seguintes tipos:

• Princípio: Elementos piezoresistivos são criados no diafragma de silício através de um processo de dopagem e conectados para formar uma ponte de Wheatstone. Quando o diafragma se deforma sob pressão, os valores da resistência mudam, fazendo com que a ponte emita um sinal de tensão proporcional à pressão.
• Características: Tecnologia madura, estrutura simples, grande sinal de saída, baixo custo. É o tipo mais comum e econômico de sensor de pressão MEMS. No entanto, é sensível à temperatura e requer compensação de temperatura.

• Princípio: O diafragma de silício atua como uma placa capacitor, formando um capacitor miniatura com outra placa fixa. A pressão deforma o diafragma, alterando a distância entre as duas placas, causando assim uma alteração na capacitância.
• Características: Baixo consumo de energia, alta sensibilidade, boas características de temperatura, forte resistência à sobrecarga. Frequentemente usado em campos de medição de baixa-potência e baixa{2}}pressão.

• Princípio: A pressão altera a tensão no diafragma de silício, o que altera a frequência natural de um feixe ressonante em miniatura fabricado nele. A pressão é detectada medindo a mudança de frequência.
• Características: Precisão muito alta, boa estabilidade, saída digital (frequência). No entanto, a estrutura é complexa, o custo é alto e é usado principalmente em-campos industriais e aeroespaciais de ponta.

Os sensores de pressão MEMS são fabricados em wafers de silício usando processos semicondutores padrão (como fotolitografia, gravação, difusão, deposição-de filme fino). A etapa principal é formar a cavidade e o diafragma de pressão, normalmente usando técnicas de microusinagem em massa ou microusinagem de superfície.

Em comparação com os sensores de pressão de diafragma mecânicos ou metálicos tradicionais, os sensores de pressão MEMS têm vantagens esmagadoras:

• Miniaturização:O tamanho pode ser tão pequeno quanto a escala milimétrica ou mesmo micrométrica, tornando-os fáceis de integrar.
• Produção em massa e baixo custo:Fabricados simultaneamente aos milhares em wafers, assim como chips, reduzindo drasticamente o custo por sensor.
• Alta precisão e alta confiabilidade:Sem peças móveis, longa vida útil à fadiga.
• Baixo consumo de energia:Particularmente adequado para dispositivos portáteis-alimentados por bateria.
• Inteligência:Circuitos de condicionamento de sinal, microprocessadores, sensores de temperatura, etc., podem ser facilmente integrados no mesmo chip que a unidade de detecção, formando um "Sistema-no-chip" para obter auto-compensação, auto-calibração e saída digital.

A pressão de referência é um vácuo. Ele mede a pressão relativa a um vácuo perfeito.

Aplicações: Altímetros, estações meteorológicas, sistemas de vácuo.

A pressão de referência é a pressão atmosférica atual. Ele mede a pressão em relação à pressão atmosférica. Normalmente possui um orifício de ventilação na caixa.

Aplicações: Monitores de pressão arterial, barômetros, controle de processos industriais (por exemplo, pressão de tubulações).

Aplicações: Medição de vazão, monitoramento de entupimento de filtros, medição de nível de líquido.

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