摘要：本文通过测量硅膜片的结构设计和压力传感器外界保护结构设计，进而实现压力传感器过载保护的目的。针对差压传感器表现为正负双腔和中心过载保护膜片联动保护的设计方案，即当过载压力达到超高差压之前，使高压侧膜片和基体贴合，低压侧膜片鼓出，阻止超高差压传递入传感器内；对于表压和绝压传感器表现为测量端和过载保护膜片联动的设计方案，即当过载压力达到超高压之前，使测量端膜片和基体贴合，过载保护膜片鼓起，阻止超高压传递入传感器内。

       引言：

       硅压力传感器的核心测量硅膜片在超过一定比例的额定工作压力后，易影响测量精度，甚至破裂失效。许多测量场合人为操作引起的失误，或压力管路内出现非正常性的压力冲击和波动，易产生远超过压力传感器测试量程的压力信号，使得测量硅膜片处于压力过载状态下。普通压力传感器无过载保护功能，此场合下易导致传感器信号发生器损坏，使得传感器终止工作。因此，如何有效地保护硅传感器在现场的可靠运行，已愈来愈引起传感器生产商和用户的重视。文中提出的这种针对硅压力传感器的过载保护设计方法，可解决如上问题。

        图1中，硅传感器的敏感元件是将P型杂质扩散到N型硅片上，形成极薄的导电P型层，焊上引线即成“硅应变片”，其电气性能是做成一个全动态的压阻效应惠斯登电桥。该压阻效应惠斯登电桥和弹性元件（即其N型硅基底）结合在一起。介质压力通过密封硅油传到硅膜片的正腔侧，与作用在负腔侧的介质形成压差，它们共同作用的结果使膜片的一侧压缩，另一侧拉伸，压差使电桥失衡，输出一个与压力变化对应的信号。惠斯登电桥的输出信号经电路处理后，即产生与压力变化成线性关系的4-20mADC标准信号输出。
        图2中，在正负腔室的压差作用下，引起测量硅膜片（即弹性元件）变形弯曲，当压差P小于测量硅膜片的需用应力比例极限σp时，弯曲可以复位；当压差P超过测量硅膜片的需用应力比例极限σp后，将达到材料的屈服阶段，甚至达到强化阶段，此时撤去压差后测量硅膜片无法恢复到原位，发生不可逆转的测量偏差；当压差P达到或超过测量硅膜片能承受的最高应力σb后，测量硅膜片破裂，直接导致传感器损坏。因此，通过阻止或削弱外界的过载压差P直接传递到测量硅膜片上，就能有效保护传感器的测量精度和寿命。