第8章 壓阻式傳感器

1、1 半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng) 2 壓阻式壓力傳感器原理和電路 (1) 體型半導(dǎo)體應(yīng)變片 (2) 擴(kuò)散型壓阻式壓力傳感器 (3) 測量橋路及溫度補(bǔ)償 3 壓阻式傳感器的應(yīng)用 下一頁返 回 固體受到作用力后，電阻率就要發(fā)生變化，這固體受到作用力后，電阻率就要發(fā)生變化，這 種效應(yīng)稱為壓阻效應(yīng)種效應(yīng)稱為壓阻效應(yīng) 半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)特別強(qiáng)。半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)特別強(qiáng)。 壓阻式傳感器的靈敏系數(shù)大，分辨率高。頻率壓阻式傳感器的靈敏系數(shù)大，分辨率高。頻率 響應(yīng)高，體積小。它主要用于測量壓力、加速響應(yīng)高，體積小。它主要用于測量壓力、加速 度和載荷等參數(shù)。度和載荷等參數(shù)。 因?yàn)榘雽?dǎo)體材料對溫度很敏感，因此壓阻式傳因?yàn)榘?/p>

2、導(dǎo)體材料對溫度很敏感，因此壓阻式傳 感器的溫度誤差較大，必須要有溫度補(bǔ)償。感器的溫度誤差較大，必須要有溫度補(bǔ)償。 上一頁返 回下一頁 利用半導(dǎo)體材料的利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制造的傳和集成電路技術(shù)制造的傳 感器。感器。 一、壓阻效應(yīng)及壓阻系數(shù)一、壓阻效應(yīng)及壓阻系數(shù) 壓阻效應(yīng)：在半導(dǎo)體材料上施加作用力，其電阻率發(fā)生變化。壓阻效應(yīng)：在半導(dǎo)體材料上施加作用力，其電阻率發(fā)生變化。 壓阻式壓力傳感器 4 靈敏度高靈敏度高:硅應(yīng)變電阻的靈敏系數(shù)比金屬應(yīng)變片高硅應(yīng)變電阻的靈敏系數(shù)比金屬應(yīng)變片高50100倍，故相應(yīng)的傳倍，故相應(yīng)的傳 感器靈敏度很高，一般滿量程輸出為感器靈敏度很高，一般滿

3、量程輸出為100mv左右。因此對接口電路無特殊要求，左右。因此對接口電路無特殊要求， 應(yīng)用成本相應(yīng)較低。應(yīng)用成本相應(yīng)較低。 分辨率高分辨率高: 能分辨能分辨1mmH2O(9.8Pa)的壓力變化。的壓力變化。 體積小、重量輕、頻率響應(yīng)高體積小、重量輕、頻率響應(yīng)高:由于芯體采用集成工藝，又由于芯體采用集成工藝，又 無傳動(dòng)部件，因此體積小，重量輕。小尺寸芯片加上硅極高的彈性系數(shù)，敏感無傳動(dòng)部件，因此體積小，重量輕。小尺寸芯片加上硅極高的彈性系數(shù)，敏感 元件的固有頻率很高。在動(dòng)態(tài)應(yīng)用時(shí)，動(dòng)態(tài)精度高，使用頻帶寬，合理選擇設(shè)元件的固有頻率很高。在動(dòng)態(tài)應(yīng)用時(shí)，動(dòng)態(tài)精度高，使用頻帶寬，合理選擇設(shè) 計(jì)傳感器外型

4、，使用帶寬可以從靜態(tài)至計(jì)傳感器外型，使用帶寬可以從靜態(tài)至100千赫茲。千赫茲。 溫度誤差大溫度誤差大: 須溫度補(bǔ)償、或恒溫使用。須溫度補(bǔ)償、或恒溫使用。 由于微電子技術(shù)的進(jìn)步，四個(gè)應(yīng)變由于微電子技術(shù)的進(jìn)步，四個(gè)應(yīng)變 電阻的一致性可做的很高，加之計(jì)電阻的一致性可做的很高，加之計(jì) 算機(jī)自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的進(jìn)步，目前硅算機(jī)自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的進(jìn)步，目前硅 壓阻傳感器的零位與靈敏度溫度系壓阻傳感器的零位與靈敏度溫度系 數(shù)已可達(dá)數(shù)已可達(dá)10-5/數(shù)量級數(shù)量級,即在壓力傳即在壓力傳 感器領(lǐng)域已超過的應(yīng)變式傳感器的感器領(lǐng)域已超過的應(yīng)變式傳感器的 水平。水平。 金屬材料 半導(dǎo)體材料 ll l E l 半導(dǎo)體電阻率 l為半

5、導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)，它與半導(dǎo)體材料種類及應(yīng)力方向 與晶軸方向之間的夾角有關(guān)； E為半導(dǎo)體材料的彈性模量，與晶向有關(guān)。 上一頁返 回下一頁 (12) R R (12) l R E R 6 1)半導(dǎo)體單晶硅是半導(dǎo)體單晶硅是各向異性各向異性材料材料; 2)硅是硅是立方立方晶體，按晶軸建立座標(biāo)系晶體，按晶軸建立座標(biāo)系; 3)晶面：原子或離子可看作分布在相互平晶面：原子或離子可看作分布在相互平 行的一簇晶面上行的一簇晶面上; 4)晶向：晶面的法線方向晶向：晶面的法線方向. X(1) Y(2) Z(3) 7 1 t z s y r x pzyxcoscoscos z x y r s t p 截距式截距式：

6、 法線式法線式： r,s,tx,y,z軸的截距軸的截距 cos,cos,cos法線的方向余弦法線的方向余弦 法線 長度 8 lkh tsr : 1 : 1 : 1 取三個(gè)沒有公 約數(shù)的整數(shù) 密勒指數(shù) 密勒指數(shù)：截距的倒數(shù)化成的三個(gè)沒有公密勒指數(shù)：截距的倒數(shù)化成的三個(gè)沒有公 約數(shù)的整數(shù)。約數(shù)的整數(shù)。(方向余弦比的整數(shù)化表示）方向余弦比的整數(shù)化表示） 1coscoscos p z p y p x 1 t z s y r x tsr 1 : 1 : 1 cos:cos:cos 9 lkh, lkh, lkh, 表示晶面表示晶面 表示晶向表示晶向 表示晶面族表示晶面族 對立方晶體來說，對立方晶體來說，

7、h,k,l晶向是（晶向是（h,k,l) 晶面的法線方晶面的法線方 向；向； h,k,l晶面族的晶面都與（晶面族的晶面都與（h,k,l)晶面平行。晶面平行。 10 1 ,1 ,1 1,1,1 1,1,1 晶向、晶面、晶晶向、晶面、晶 面族分別為：面族分別為： 1 ,2,2 1,2,2 1,2,2 晶向、晶面、晶晶向、晶面、晶 面族分別為：面族分別為： x y 1 1 1 z z x y 4 -2 -2 11 0,0,1 x y z 1 ,0,0 0,1 ,0 對半導(dǎo)體材料而言，l E (1+)，故(1+)項(xiàng)可以忽略 ll E R R 半導(dǎo)體材料的電阻值變化，主要是由電阻率變化引起的， 而電阻率的

8、變化是由應(yīng)變引起的 半導(dǎo)體單晶的應(yīng)變靈敏系數(shù)可表示 E RR K l / 半導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏系數(shù)還與摻雜濃度有關(guān)，它隨雜質(zhì)的增加而減小 上一頁返 回下一頁 13 一、單晶硅的壓阻系數(shù) 3 1 2 22 23 21 33 32 31 11 12 13 14 E 654321 , 654321 , 六個(gè)獨(dú)立的應(yīng)力分量：六個(gè)獨(dú)立的應(yīng)力分量： 六個(gè)獨(dú)立的電阻率的變化率：六個(gè)獨(dú)立的電阻率的變化率： 廣義廣義： 15 令： 654321 , 六個(gè)獨(dú)立的應(yīng)力分量：六個(gè)獨(dú)立的應(yīng)力分量： 六個(gè)獨(dú)立的電阻率的變化率：六個(gè)獨(dú)立的電阻率的變化率： 111 222 333 正應(yīng)力 32234 剪應(yīng)力 13315 2112

9、6 16 6 5 4 3 2 1 666564636261 565554535251 464544434241 363534333231 262524232221 161514131211 6 5 4 3 2 1 17 表面雜質(zhì)濃度表面雜質(zhì)濃度Ns（1/cm3) 11 或或 44 1、壓阻系數(shù)與表面雜質(zhì)濃度的關(guān)系 擴(kuò)散雜質(zhì)濃度增加，壓阻系數(shù)減小擴(kuò)散雜質(zhì)濃度增加，壓阻系數(shù)減小 P型型Si（44) N型型Si（11) 18 en 1 ：電阻率：電阻率 n：載流子濃度：載流子濃度 e：載流子所帶電荷：載流子所帶電荷 ：載流子遷移率：載流子遷移率 Ns雜質(zhì)原子數(shù)多雜質(zhì)原子數(shù)多載流子多載流子多 n 雜質(zhì)

10、濃度雜質(zhì)濃度Ns n在應(yīng)力作用下在應(yīng)力作用下的變化更小的變化更小 / 的變化率減小的變化率減小 壓阻系數(shù)減小壓阻系數(shù)減小 19 溫度溫度T 44 溫度升高時(shí)，壓阻系數(shù)減??；溫度升高時(shí)，壓阻系數(shù)減??； 表面雜質(zhì)濃度增加時(shí)，溫度表面雜質(zhì)濃度增加時(shí)，溫度對對壓阻系數(shù)的影響壓阻系數(shù)的影響 變?。ㄏ陆邓俣茸兟Ｗ冃。ㄏ陆邓俣茸兟?。 Ns小小 Ns大大 20 T載流子獲得的動(dòng)能載流子獲得的動(dòng)能運(yùn)動(dòng)紊亂程度運(yùn)動(dòng)紊亂程度 / Ns大，大， 變化較小變化較小 變化小變化小 Ns小，小， 變化大變化大 變化大變化大 21 Ns比較大時(shí)：比較大時(shí)： a.受溫度影響小受溫度影響小 c.高濃度擴(kuò)散，使高濃度擴(kuò)散，使

11、p-n結(jié)擊穿電壓結(jié)擊穿電壓絕緣電阻絕緣電阻漏電漏電 漂移漂移性能不穩(wěn)定性能不穩(wěn)定 b. Ns 靈敏度靈敏度 結(jié)論結(jié)論：綜合考慮靈敏度和溫度誤差，根據(jù)應(yīng)綜合考慮靈敏度和溫度誤差，根據(jù)應(yīng) 用條件適當(dāng)選擇載流子的濃度。用條件適當(dāng)選擇載流子的濃度。 應(yīng)力作用晶格變形能帶結(jié)構(gòu)變化 載流子濃度和遷移率變化 (1) 體型半導(dǎo)體應(yīng)變片 (2) 擴(kuò)散型壓阻式壓力傳感器 (3) 測量橋路及溫度補(bǔ)償 24 1.薄膜技術(shù)薄膜技術(shù) 薄膜技術(shù)是在一定的基底上薄膜技術(shù)是在一定的基底上,用真空蒸鍍、濺用真空蒸鍍、濺 射、化學(xué)氣相淀積（射、化學(xué)氣相淀積（CVD）等工藝技術(shù)加工成）等工藝技術(shù)加工成 零點(diǎn)幾微米至幾微米的金屬、半導(dǎo)

12、體或氧化物零點(diǎn)幾微米至幾微米的金屬、半導(dǎo)體或氧化物 薄膜的技術(shù)。這些薄膜可以加工成各種梁、橋、薄膜的技術(shù)。這些薄膜可以加工成各種梁、橋、 膜等微型彈性元件膜等微型彈性元件,也可加工為轉(zhuǎn)換元件也可加工為轉(zhuǎn)換元件,有的有的 可作為絕緣膜可作為絕緣膜,有的可用作控制尺寸的犧牲層有的可用作控制尺寸的犧牲層, 在傳感器的研制中得到了廣泛應(yīng)用。在傳感器的研制中得到了廣泛應(yīng)用。 25 1 2 3 4 在真空室內(nèi)在真空室內(nèi),將待蒸發(fā)的材將待蒸發(fā)的材 料置于鎢絲制成的加熱器料置于鎢絲制成的加熱器 上加熱上加熱,當(dāng)真空度抽到當(dāng)真空度抽到 0.0133Pa以上時(shí)以上時(shí),加大鎢絲加大鎢絲 的加熱電流的加熱電流,使材料

13、融化使材料融化, 繼續(xù)加大電流使材料蒸發(fā)繼續(xù)加大電流使材料蒸發(fā), 在基底上凝聚成膜。如圖在基底上凝聚成膜。如圖 所示。所示。 圖中圖中,1真空室真空室,2基底基底 ,3鎢絲鎢絲,4接高真空泵。接高真空泵。 26 在低真空室中在低真空室中,將待將待 濺射物制成靶置于濺射物制成靶置于 陰極陰極,用高壓（通常用高壓（通常 在在1000V以上）使以上）使 氣體電離形成等離氣體電離形成等離 子體子體,等離子中的正等離子中的正 離子以高能量轟擊離子以高能量轟擊 靶面靶面,使靶材的原子使靶材的原子 離開靶面離開靶面,淀積到陽淀積到陽 極工作臺(tái)上的基片極工作臺(tái)上的基片 上上,形成薄膜形成薄膜,如圖如圖 所示。

14、所示。 3 1 2 5 4 7 6 圖中圖中,1靶靶,2陰極陰極,3直流高壓直流高壓 ,4陽極陽極,5基片基片,6惰性氣體惰性氣體 入口入口,7接真空系統(tǒng)。接真空系統(tǒng)。 27 2 3 7 1 8 4 6 5 化學(xué)氣相淀積是將有待積淀物質(zhì)的化合物升華成氣體化學(xué)氣相淀積是將有待積淀物質(zhì)的化合物升華成氣體, 與另一種氣體化合物在一個(gè)反應(yīng)室中進(jìn)行反應(yīng)與另一種氣體化合物在一個(gè)反應(yīng)室中進(jìn)行反應(yīng),生成固態(tài)生成固態(tài) 的淀積物質(zhì)的淀積物質(zhì),淀積在基底上生成薄膜淀積在基底上生成薄膜,如圖所示。如圖所示。 圖中圖中,1反應(yīng)氣體反應(yīng)氣體A入口入口, 2分子篩分子篩, 3混合器混合器, 4加加 熱器熱器, 5反應(yīng)室反應(yīng)

15、室, 6基片基片, 7閥門閥門, 8反應(yīng)氣體反應(yīng)氣體B入口入口 28 微細(xì)加工技術(shù)是利用硅的異向腐蝕特性和腐蝕速微細(xì)加工技術(shù)是利用硅的異向腐蝕特性和腐蝕速 度與摻雜濃度的關(guān)系度與摻雜濃度的關(guān)系,對硅材料進(jìn)行精細(xì)加工、對硅材料進(jìn)行精細(xì)加工、 制作復(fù)雜微小的敏感元件的技術(shù)。制作復(fù)雜微小的敏感元件的技術(shù)。 1) 體型結(jié)構(gòu)腐蝕加工體型結(jié)構(gòu)腐蝕加工 體型結(jié)構(gòu)腐蝕加工常用化學(xué)腐蝕液（濕法）和體型結(jié)構(gòu)腐蝕加工常用化學(xué)腐蝕液（濕法）和 離子刻蝕（干法）技術(shù)（采用惰性氣體）。離子刻蝕（干法）技術(shù)（采用惰性氣體）。 2)表面腐蝕加工表面腐蝕加工犧牲層技術(shù)犧牲層技術(shù) 該工藝的特點(diǎn)是利用稱為該工藝的特點(diǎn)是利用稱為“犧

16、牲層犧牲層”的分離層的分離層, 形成各種懸式結(jié)構(gòu)。形成各種懸式結(jié)構(gòu)。 29 (2) 光刻和腐蝕氧化層 (b) 熱生成硅氧化膜單晶硅 (100)面 基片 (1) 氧化的硅基片 (a) 光敏膠(3) 各 向 異 性 腐 蝕 硅 (c) (111)硅平面 54.74 1）如圖）如圖(a)、(b)所示所示,先在單晶硅的（先在單晶硅的（100）晶面生長一）晶面生長一 層氧化層作為光掩膜層氧化層作為光掩膜,并在其上覆蓋光刻膠形成圖案并在其上覆蓋光刻膠形成圖案,再浸再浸 入氫氟酸中入氫氟酸中,進(jìn)行氧化層腐蝕；進(jìn)行氧化層腐蝕； 2）將此片置于各向異性的腐蝕液（如乙二胺鄰苯二酚）將此片置于各向異性的腐蝕液（如乙

17、二胺鄰苯二酚 水）對晶面進(jìn)行縱向腐蝕水）對晶面進(jìn)行縱向腐蝕,腐蝕出腔體的界面為（腐蝕出腔體的界面為（111） 面面,與（與（100）表面的夾角為）表面的夾角為54.74,如圖如圖(c)所示。所示。 30 N-Si100 Si3N4SiO2 PoLy-Si Al 空氣腔 (a)(b) (c)(d) 利用該工藝制造多晶硅梁的過程：利用該工藝制造多晶硅梁的過程： 1）在）在N型硅（型硅（100）基底上淀積一層）基底上淀積一層Si3N4作為多晶硅的作為多晶硅的 絕緣支撐絕緣支撐,并刻出窗口并刻出窗口,如圖如圖(a)所示。利用局部氧化技術(shù)在所示。利用局部氧化技術(shù)在 窗口處生成一層窗口處生成一層SiO2作

18、為犧牲層作為犧牲層,如圖如圖(b)所示；所示； 2）在）在SiO2層及余下的層及余下的Si3N4上生成一層多晶硅膜（上生成一層多晶硅膜（ PoLy-Si)并刻出微型硅梁并刻出微型硅梁,如圖如圖(c)所示。腐蝕掉所示。腐蝕掉SiO2層形層形 成空腔成空腔,即可得到橋式硅梁即可得到橋式硅梁,如圖如圖(d)所示。另外所示。另外,在腐蝕在腐蝕 SiO2層前先濺鋁層前先濺鋁,刻出鋁壓焊塊刻出鋁壓焊塊,以便引線。以便引線。 31 膜片 (a) 懸臂梁 (b) 橋 (c) 支承膜 (d)(e) 硬中心 圖圖(a)為方形平膜片結(jié)構(gòu)為方形平膜片結(jié)構(gòu),除用于壓力傳感器外除用于壓力傳感器外,亦可用于電容亦可用于電容

19、 式傳感器。圖式傳感器。圖(b)為懸臂梁結(jié)構(gòu)為懸臂梁結(jié)構(gòu),可用于加速度傳感器。圖可用于加速度傳感器。圖(c) 為橋式結(jié)構(gòu)為橋式結(jié)構(gòu),圖圖(d)為支撐膜結(jié)構(gòu)為支撐膜結(jié)構(gòu),圖圖(e)為為E型膜（硬中心）結(jié)型膜（硬中心）結(jié) 構(gòu)構(gòu),這些都是常用于應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)。這些都是常用于應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)。 上一頁返 回下一頁 l1. 1. 結(jié)構(gòu)型式及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)型式及特點(diǎn) l2. 2. 測量電路測量電路 主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏系數(shù)比金屬電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)大數(shù)十倍 橫向效應(yīng)和機(jī)械滯后極小 溫度穩(wěn)定性和線性度比金屬電阻應(yīng)變片差得多 上一頁返 回下一頁 l1-P型單晶硅條 l2-內(nèi)引線 l3-焊接電極 l4-外引線 對于恒

20、壓源電橋電路，考慮到環(huán)境溫度變化的 影響，其關(guān)系式為： o T U R U RR l恒壓源恒壓源 l恒流源恒流源 )/( 0t RRRUU RIU 0 電橋輸出電壓與R / R成正比，輸出電壓受環(huán)境溫度的影 響。R為應(yīng)變片阻值， R為應(yīng)變片阻值變化， Rt為環(huán)境 溫度變化受環(huán)境溫度引起阻值的變化 電橋輸出電壓與R成正比，環(huán)境溫度的變化對其沒有影響。 上一頁返 回下一頁 壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡圖 1低壓腔 2高壓腔 3硅杯 4引線 5硅膜片 采用N型單晶硅為傳感器的彈性元件， 在它上面直接蒸鍍半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜 上一頁返 回下一頁 工作原理：工作原理： 膜片兩邊存在壓力差時(shí)，膜片產(chǎn)生變形，膜片上

21、各點(diǎn)產(chǎn)生應(yīng)力。 四個(gè)電阻在應(yīng)力作用下，阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡， 輸出相應(yīng)的電壓，電壓與膜片兩邊的壓力差成正比。 四個(gè)電阻的配置位置四個(gè)電阻的配置位置： 按膜片上徑向應(yīng)力r和切向應(yīng)力t的分布情況確定。 )31 ()1( 8 3 )3()1( 8 3 22 0 2 22 0 2 rr h p rr h p t r 設(shè)計(jì)時(shí)，適當(dāng)安排電阻的位置，可以組成差動(dòng)電橋。 上一頁返 回下一頁 l優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): 體積小，結(jié)構(gòu)比較簡單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)體積小，結(jié)構(gòu)比較簡單，動(dòng)態(tài)響應(yīng) 也好，靈敏度高，能測出十幾帕的微壓，也好，靈敏度高，能測出十幾帕的微壓， 長期穩(wěn)定性好，滯后和蠕變小，頻率響長期穩(wěn)定性好，滯后和蠕變小，頻率

22、響 應(yīng)高，便于生產(chǎn)，成本低。應(yīng)高，便于生產(chǎn)，成本低。 l測量準(zhǔn)確度受到非線性和溫度的影響。測量準(zhǔn)確度受到非線性和溫度的影響。 智能壓阻式壓力傳感器利用微處理器對智能壓阻式壓力傳感器利用微處理器對 非線性和溫度進(jìn)行補(bǔ)償。非線性和溫度進(jìn)行補(bǔ)償。 上一頁返 回下一頁 l由于制造、溫度影響等原因，電橋存在失調(diào)、零位溫由于制造、溫度影響等原因，電橋存在失調(diào)、零位溫 漂、靈敏度溫度系數(shù)和非線性等問題，影響傳感器的漂、靈敏度溫度系數(shù)和非線性等問題，影響傳感器的 準(zhǔn)確性。準(zhǔn)確性。 l減少與補(bǔ)償誤差措施減少與補(bǔ)償誤差措施 1. 測量電橋測量電橋 2. 零點(diǎn)溫度補(bǔ)償零點(diǎn)溫度補(bǔ)償 3. 靈敏度溫度補(bǔ)償靈敏度溫度補(bǔ)償

23、 上一頁返 回下一頁 恒流源供電的全橋差動(dòng)電路 假設(shè)RT為溫度引起的電阻變化 III ADCABC 2 1 電橋的輸出為 RI RRRIRRRI UU TT BD )( 2 1 )( 2 1 0 電橋的輸出電壓與電阻變化成正比，與恒流源電流成正比， 但與溫度無關(guān)，因此測量不受溫度的影響。 上一頁返 回下一頁 上一頁返 回 U R1 R2 R4 R3 U0 Rs Rp VD 溫度變化而變化，將引起零漂零漂和靈敏度漂移靈敏度漂移 零 漂 擴(kuò)散電阻值隨溫度變化 靈敏度漂移 壓阻系數(shù)隨溫度變化 零 位 溫 漂 串、并聯(lián)電阻 靈敏度溫漂 串聯(lián)二極管 串聯(lián)電阻Rs起調(diào)零作用 并聯(lián)電阻RP起補(bǔ)償作用 42

24、R1 R2 USC R3 R4 Rs Rp U 設(shè)右上角加設(shè)右上角加的為低的為低 溫下對應(yīng)的值；設(shè)右溫下對應(yīng)的值；設(shè)右 上角加上角加 的為高溫下的為高溫下 對應(yīng)的值。對應(yīng)的值。 4 2 3 3 1 R R RR RR RR p p S 4 2 3 3 1 R R RR RR RR p p S 43 )1(tRR ss )1(tRR pp -串聯(lián)電阻的溫度系數(shù)（負(fù)值）；串聯(lián)電阻的溫度系數(shù)（負(fù)值）； -并聯(lián)電阻的溫度系數(shù)（負(fù)值）；并聯(lián)電阻的溫度系數(shù)（負(fù)值）； psps RRRR、由 ；、 ps RR 聯(lián)立上面四方程，可以得：聯(lián)立上面四方程，可以得： 常溫下的值 補(bǔ)償靈敏度漂移原理：補(bǔ)償靈敏度漂移原

25、理： 溫度升高時(shí)，靈敏度降低，這時(shí)如果提溫度升高時(shí)，靈敏度降低，這時(shí)如果提 高電源電壓，使電橋輸出適當(dāng)增大，便高電源電壓，使電橋輸出適當(dāng)增大，便 可達(dá)到補(bǔ)償目的。可達(dá)到補(bǔ)償目的。 溫度升高時(shí)，二極管壓降降低，可使電溫度升高時(shí)，二極管壓降降低，可使電 橋電源電壓提高，關(guān)鍵是適當(dāng)選擇串聯(lián)橋電源電壓提高，關(guān)鍵是適當(dāng)選擇串聯(lián) 二極管的個(gè)數(shù)。二極管的個(gè)數(shù)。 45 4 2 3 3 1 R R RR RR RR p p S 4 2 3 3 1 R R RR RR RR p p S ；、 PS RR 聯(lián)立上面二方程，可以得：聯(lián)立上面二方程，可以得： 對比上述兩種方法！對比上述兩種方法！ 46 1)硬件線路補(bǔ)償

26、硬件線路補(bǔ)償 2)軟件補(bǔ)償軟件補(bǔ)償 3)專用補(bǔ)償芯片補(bǔ)償專用補(bǔ)償芯片補(bǔ)償 MCA7707(MAX1457)是一種采用是一種采用 CMOS工藝的模擬傳感信號(hào)處理器。工藝的模擬傳感信號(hào)處理器。 通常被應(yīng)用于壓阻式壓力傳感器的校通常被應(yīng)用于壓阻式壓力傳感器的校 正和溫度補(bǔ)償。正和溫度補(bǔ)償。 l1. 擴(kuò)散型壓阻式壓力傳感器擴(kuò)散型壓阻式壓力傳感器 l2. 差頻壓阻式壓力傳感器差頻壓阻式壓力傳感器 l3. 壓阻式加速度傳感器壓阻式加速度傳感器 1-低壓腔 2-高壓腔 3-硅杯 4-引線 5-硅膜片 在膜片位移量遠(yuǎn)小于膜片的厚度時(shí)，受均勻壓力的圓形硅膜 片上各點(diǎn)的徑向應(yīng)力 和切向應(yīng)力 ,可分別用下式計(jì)算:

27、r t 22 0 2 22 0 2 3 (1)(3) 8 3 (1)(1 3 ) 8 r t P rr h P rr h l擴(kuò)散型壓阻式壓力傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)就擴(kuò)散型壓阻式壓力傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)就 是體積小、結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)態(tài)相應(yīng)好，靈是體積小、結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)態(tài)相應(yīng)好，靈 敏度高，滯后、蠕變小，頻率相應(yīng)高，敏度高，滯后、蠕變小，頻率相應(yīng)高， 性能穩(wěn)定，成本低，便于批量生產(chǎn)。性能穩(wěn)定，成本低，便于批量生產(chǎn)。 差頻壓阻式壓力傳感器工作原理圖 （a）分布阻容網(wǎng)絡(luò)； （b）相移振蕩器； （c）差頻振蕩壓阻 式壓力傳感器組合 獨(dú)立的相移正弦振蕩器振蕩頻率為： 6 2 f RC 壓力的變化 ： 10 ( )ffff p l在實(shí)際應(yīng)用