对固态压阻式传感器的认识

对固态压阻式传感器的认识

学号：105023025 姓名：张礼 班级：电信051

摘要：本文将从以下几个问题入手，深入的了解和认识压阻式传感器：

（一） 什么是半导体的压阻效应？半导体应变片的结构、性能等特点； （二） 什么是压阻式压力传感器？压阻器件的结构原理及特点； （三） 压阻式压力传感器的测量电路有哪几类？各有什么特点？

（四） 压阻式压力传感器的应用实例（说明你知道目前市面上可获得的压阻式压力传感器的型号、

厂家产地、具体应用等）；

（五） 使用压阻效应进行检测需要注意的问题是什么？

关键词：压阻效应，半导体压阻效应，压阻式传感器，固态压阻式传感器。 0 引言：

随着科技的进步和工业的发展传感器早已无声无息地走入了人们的生活和生产当中。在传感器这个庞大的家族中，压阻式传感器相对来说应用的更加广泛，压阻式传感器广泛地应用

于航天、航空、航海、石油化工、动力机械、生物医学工程、气象、地质、地震测量等各个领域。本文将从以下几个方面来认识固态压阻式传感器：

1 问题及解答：

1.1半导体压阻效应的定义及半导体应变片的结构、性能等特点：

半导体材料受到力的作用后，其电阻率（或电阻）就要发生变化，这种现象称为半导体压阻效应。

半导体应变片是将半导体材料硅或锗的晶体按一定方向切割成片状小条，经腐蚀压焊粘贴在基片上而成的应变片，其结构如图1.1-1所示

1 2

3 2 1—半导体条；2—基片；3—引出电极

图1.1-1半导体应变片的结构

半导体应变片具有灵敏度高，体积小，耗电省，机械滞后小，阻值范围大，横向效应小，可测量静态应变，低频应变等特点。

1.2压阻式压力传感器的定义及压阻器件的结构原理、特点：

压阻式压力传感器常采用一种周边固支圆形杯膜片结构的扩散型压阻芯片，图1-2（a）为扩散型硅压阻式传感器结构；（b）硅膜片尺寸.

压阻式传感器的基本原理可从材料的电阻变化率看出。任何材料的电阻变化率都由下式决定：

?R???l?s ???R?ls对于金属而言，式中的??/?较小，即电阻率的变化率较小，有时可以忽略不计，而

?l/l与?s/s两项较大，即尺寸的变化率较大，故金属的电阻变化率主要是由?l/l与?s/s引起的，这就是金属应变片的基本工作原理。对半导体而言，上式中的?l/l与?s/s两项很

小即尺寸的变化率很小，可以忽略，而??/?一项较大，也就是电阻变化率较大，故半导体电阻的变化率主要是由??/?一项引起的，这就是压阻式传感器的基本工作原理。

低压腔 高压腔 硅膜片 硅环 引线 a

b h L 2r 2R (b) 图1-2压阻式压力传感器

压阻式传感器具有测量精度高、工作可靠、工作温度范围宽、容易实现数字化、体积小输出信号大、并且克服了半导体应变片存在的问题等特点。 压阻式压力传感器的测量电路的分类及特点

1.3.1恒压源供电如图1-3（a）：电路输出电压Usc为：

Usc?U?R

R??RT如果?RT?0，那么Usc与?RT有关也就是说与温度有关，而且与温度的关系是非线性的，所以用恒压源供电时，不能消除温度影响。

1.3.1恒流源供电如图1-3（b）：电路输出电压Usc为：

Usc?I?R

电桥的输出与电阻的变化量成正比，即与被测量成正比，当然也与电源电流成正比，即输出与恒流源的供电电流大小与精度有关，不受温度的影响，这是恒流源供电的优点。

AR－ΔR+ΔRTBR－ΔR+ΔRTR+ΔR+ΔRTR+ΔR+ΔRTDECUSC恒压源供电图1-3（a）

AR－ΔR+ΔRTBR－ΔR+ΔRTR+ΔR+ΔRTR+ΔR+ΔRTDIECUSC恒流源供电图1-3（b）

1.4 压阻式压力传感器的应用实例 型 号：MS5535

厂家地址：深圳市新世联科技有限公司 广东 深圳

具体应用 ：15 位数模转换分辨率的压力检测和控制系统；便携式水深检测设备；潜水

表等各种潜水设备。

图片：

型 号：Dynisco

厂家地址：上海朝辉压力仪器有限公司 上海

具体应用：其产品主要应用于化纤、橡塑行业。 图片：

型 号：5000系列

厂家地址：深圳市科普瑞传感器有限公司 广东深圳

具体应用：应用于邮电、化工、食品、矿山、水电、工业控制等的液位测量。 图片：

1.5 使用压阻效应进行检测需要注意的问题 使用压阻进行检测时，一定要注意周围环境对测量结果的影响。特别是要注意温度的影响，必要时还要考虑温度补偿。

2 参考文献

孟立凡 郑宾主编的《传感器原理及技术》 出版社：国防工业出版社 出版日期：2004年3月

刘爱华 满宝元主编的《传感器原理与应用技术》 出版社：人民邮电出版社 出版日期：200610月

王化祥 张淑英主编的《传感器原理及应用》 出版社：天津大学出版社 出版日期 2006年10月