第3章電阻應(yīng)變傳感器

1、 傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 朱啟兵朱啟兵2/42傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù)第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器一、概述一、概述二、電阻應(yīng)變計的基本原理與結(jié)構(gòu)二、電阻應(yīng)變計的基本原理與結(jié)構(gòu)三、電阻應(yīng)變計的主要特性三、電阻應(yīng)變計的主要特性四、電阻應(yīng)變計測量電路四、電阻應(yīng)變計測量電路五、電阻應(yīng)變計的溫度效應(yīng)及熱補償五、電阻應(yīng)變計的溫度效應(yīng)及熱補償六、電阻應(yīng)變計式傳感器六、電阻應(yīng)變計式傳感器七、壓阻式傳感器七、壓阻式傳感器3/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器一、概述一、概述電阻式傳感器就是利用一定的方式將被測量的變化轉(zhuǎn)化為敏感電阻式傳感器就是利用一定的方式將被測量的變化轉(zhuǎn)化為敏感元件

2、電阻值的變化，進(jìn)而通過電路變成電壓或電流信號輸出的元件電阻值的變化，進(jìn)而通過電路變成電壓或電流信號輸出的一類傳感器。一類傳感器。按轉(zhuǎn)化機理的不同按轉(zhuǎn)化機理的不同 位移位移 電位器式電位器式 應(yīng)變應(yīng)變 電阻應(yīng)變計式電阻應(yīng)變計式 壓力壓力 壓阻式壓阻式 光光 光電阻式光電阻式 熱熱 熱電阻式熱電阻式4/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器二、電阻應(yīng)變計的基本原理與結(jié)二、電阻應(yīng)變計的基本原理與結(jié)構(gòu)構(gòu)(1)基本原理基本原理應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng) 當(dāng)金屬在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值將發(fā)生變化，當(dāng)金屬在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。這種現(xiàn)象稱為金屬的電阻

3、應(yīng)變效應(yīng)。LRARLARLAdAldAAldlAdR22rAldlrdr體積不變體積不變原理原理0/(12 )(12)(12)/dRddlddKRldl l 5/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器二、電阻應(yīng)變計的基本原理與結(jié)二、電阻應(yīng)變計的基本原理與結(jié)構(gòu)構(gòu)物理意義：單位應(yīng)變引起的電阻相對變化。K0稱為稱為金屬絲金屬絲的應(yīng)變靈敏系數(shù)。的應(yīng)變靈敏系數(shù)。前一部分是（1+2），由材料的幾何尺寸變化引起，一般金屬0.3，因此（1+2）1.6；后一部分為 ，電阻率隨應(yīng)變而引起的（稱“壓阻效應(yīng)”）。對金屬材料，以前者為主，則K0 1+2；對半導(dǎo)體， K0值主要由電阻率相對變化所決定。實驗表明，在金屬絲拉

4、伸比例極限內(nèi)，電阻相對變化與軸向應(yīng)變成正比。通常KS在1.83.6范圍內(nèi)。ll /6/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器二、電阻應(yīng)變計的基本原理與結(jié)二、電阻應(yīng)變計的基本原理與結(jié)構(gòu)構(gòu)(2)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 2341bl柵長柵長柵寬柵寬敏感柵敏感柵1、基底、基底2、蓋片、蓋片3、引線、引線4和粘結(jié)劑和粘結(jié)劑（1）敏感柵，傳感元件，通常為）敏感柵，傳感元件，通常為60、120、200等多種規(guī)格。測得的應(yīng)等多種規(guī)格。測得的應(yīng)變大小是應(yīng)變片柵長和柵寬所在面積內(nèi)的平均軸向應(yīng)變量。變大小是應(yīng)變片柵長和柵寬所在面積內(nèi)的平均軸向應(yīng)變量。絲式絲式、箔式箔式（光刻、腐蝕等工藝）和（光刻、腐蝕等工藝）和薄膜式薄膜式（真空

5、蒸鍍或濺射式陰極擴(kuò)散）（真空蒸鍍或濺射式陰極擴(kuò)散）（2）基底）基底 固定形狀、尺寸和位置作用固定形狀、尺寸和位置作用（3）蓋片）蓋片 保護(hù)作用保護(hù)作用 （4）引線）引線 連接過渡作用連接過渡作用 （5）粘接劑）粘接劑 連接固定作用連接固定作用使用時，注意材料的選擇和粘接焊接工藝使用時，注意材料的選擇和粘接焊接工藝7/42三、電阻應(yīng)變計的主要特性三、電阻應(yīng)變計的主要特性第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器（1） 電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計靈敏度系數(shù)靈敏度系數(shù)K用實驗方法對應(yīng)變片的電阻用實驗方法對應(yīng)變片的電阻應(yīng)變特性測定。實驗表明，金屬應(yīng)應(yīng)變特性測定。實驗表明，金屬應(yīng)變片的電阻相對變化與應(yīng)變變片的電阻相對

6、變化與應(yīng)變在很寬的范圍內(nèi)均為線性關(guān)系。即在很寬的范圍內(nèi)均為線性關(guān)系。即試驗（標(biāo)定）條件：試驗（標(biāo)定）條件：試件受一維應(yīng)力作用，試件受一維應(yīng)力作用，應(yīng)變片的軸向與應(yīng)變片的軸向與主應(yīng)力方向一致，主應(yīng)力方向一致，試件材料的泊松比為試件材料的泊松比為0.285的鋼材。的鋼材。應(yīng)變片的靈敏系數(shù)應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K恒小于線材的靈敏系數(shù)恒小于線材的靈敏系數(shù)K0。原因：膠層傳遞變形失真，橫向效應(yīng)也是一個不可忽視的因素。原因：膠層傳遞變形失真，橫向效應(yīng)也是一個不可忽視的因素。 KRRRRK8/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器（2）橫向效應(yīng)）橫向效應(yīng)金屬應(yīng)變片由于敏感柵的兩端為半圓弧形的橫柵，測量應(yīng)變金屬應(yīng)變

7、片由于敏感柵的兩端為半圓弧形的橫柵，測量應(yīng)變時，構(gòu)件的軸向應(yīng)變時，構(gòu)件的軸向應(yīng)變使敏感柵電阻發(fā)生變化，其橫向應(yīng)變使敏感柵電阻發(fā)生變化，其橫向應(yīng)變r也將使敏感柵半圓弧部分的電阻發(fā)生變化也將使敏感柵半圓弧部分的電阻發(fā)生變化(除了除了起作用外起作用外)，應(yīng)變片的這種既受軸向應(yīng)變影響，又受橫向應(yīng)變影響而引起應(yīng)變片的這種既受軸向應(yīng)變影響，又受橫向應(yīng)變影響而引起電阻變化的現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。電阻變化的現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。9/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器（2）橫向效應(yīng)）橫向效應(yīng)bOlrrdld02cos2121rr200(1)(1)2rrrLnd lrdn縱柵變形量縱柵變形量單位半圓弧橫柵變形量單位半

8、圓弧橫柵變形量rrnrnnlLLL21212210002(1)(1)22rxyrRLnlnrnrKKKKKRLLL1Lnl總半圓弧橫柵變形量總半圓弧橫柵變形量縱柵和橫柵總變形量縱柵和橫柵總變形量電阻變化率電阻變化率橫向效橫向效應(yīng)系數(shù)應(yīng)系數(shù)rnnlrnKKHxy121r l H10/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器（3） 機械滯后機械滯后原因：殘余變形原因：殘余變形應(yīng)變片粘貼在被測試件上，當(dāng)溫度恒定時，其加載特性與應(yīng)變片粘貼在被測試件上，當(dāng)溫度恒定時，其加載特性與卸載特性不重合，即為機械滯后卸載特性不重合，即為機械滯后.1機械應(yīng)變卸載加載指示應(yīng)變i應(yīng)變片的機械滯后機械滯后值還與應(yīng)變片所承機

9、械滯后值還與應(yīng)變片所承受的應(yīng)變量有關(guān)，加載時的受的應(yīng)變量有關(guān)，加載時的機械應(yīng)變愈大，卸載時的滯機械應(yīng)變愈大，卸載時的滯后也愈大。所以，通常在實后也愈大。所以，通常在實驗之前應(yīng)將試件預(yù)先加、卸驗之前應(yīng)將試件預(yù)先加、卸載若干次，以減少因機械滯載若干次，以減少因機械滯后所產(chǎn)生的實驗誤差。后所產(chǎn)生的實驗誤差。11/42第第2章電阻式傳感器章電阻式傳感器（4）零點漂移和蠕變零點漂移和蠕變對于粘貼好的應(yīng)變片，當(dāng)溫度恒定時，對于粘貼好的應(yīng)變片，當(dāng)溫度恒定時，不承受應(yīng)變時不承受應(yīng)變時，其電，其電阻值隨時間增加而變化的特性，稱為應(yīng)變片的零點漂移。阻值隨時間增加而變化的特性，稱為應(yīng)變片的零點漂移。產(chǎn)生原因：敏感柵

10、通電后的溫度效應(yīng)；應(yīng)變片的內(nèi)應(yīng)力逐漸產(chǎn)生原因：敏感柵通電后的溫度效應(yīng)；應(yīng)變片的內(nèi)應(yīng)力逐漸變化；粘結(jié)劑固化不充分等。變化；粘結(jié)劑固化不充分等。 如果在一定溫度下，使應(yīng)變片承受恒定的機械應(yīng)變，其電如果在一定溫度下，使應(yīng)變片承受恒定的機械應(yīng)變，其電阻值隨時間增加而變化的特性稱為蠕變。一般蠕變的方向與阻值隨時間增加而變化的特性稱為蠕變。一般蠕變的方向與原應(yīng)變量的方向相反。產(chǎn)生原因：由于膠層之間發(fā)生原應(yīng)變量的方向相反。產(chǎn)生原因：由于膠層之間發(fā)生“滑滑動動”，使力傳到敏感柵的應(yīng)變量逐漸減少。，使力傳到敏感柵的應(yīng)變量逐漸減少。這是兩項衡量應(yīng)變片特性對時間穩(wěn)定性的指標(biāo)，在長時間測這是兩項衡量應(yīng)變片特性對時間穩(wěn)

11、定性的指標(biāo)，在長時間測量中其意義更為突出。實際上，蠕變中包含零漂，它是一個量中其意義更為突出。實際上，蠕變中包含零漂，它是一個特例。特例。12/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器（5）應(yīng)變極限）應(yīng)變極限在一定溫度下，應(yīng)變片的指示應(yīng)變對測試值的真實應(yīng)變的相對在一定溫度下，應(yīng)變片的指示應(yīng)變對測試值的真實應(yīng)變的相對誤差不超過規(guī)定范圍（一般為誤差不超過規(guī)定范圍（一般為10%）時的最大真實應(yīng)變值。）時的最大真實應(yīng)變值。影響因素同蠕變。影響因素同蠕變。（6）動態(tài)特性）動態(tài)特性機械應(yīng)變波機械應(yīng)變波-縱波縱波設(shè)一頻率為設(shè)一頻率為 f 的正弦應(yīng)變波在構(gòu)件中以速度的正弦應(yīng)變波在構(gòu)件中以速度 v 沿應(yīng)變片柵沿應(yīng)

12、變片柵長方向傳播，在某一瞬時長方向傳播，在某一瞬時 t，應(yīng)變量沿構(gòu)件分布如圖所示。，應(yīng)變量沿構(gòu)件分布如圖所示。應(yīng)變片對應(yīng)變波的動態(tài)響應(yīng)0應(yīng)變片1lx1x 02sin/xxfllxxdxltxxmltltsin2sin2sin10022lltmtmtsin1113/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器四、電阻應(yīng)變計測量電路四、電阻應(yīng)變計測量電路R/RU/U實現(xiàn)途徑：電橋?qū)崿F(xiàn)途徑：電橋（1）直流電橋）直流電橋 使用場合：無需中間放大使用場合：無需中間放大 R2R3R1R4E電橋線路原理圖RgACDIgB負(fù)載電阻負(fù)載電阻Rg /4/ooUSUR R13241234gR RR RUERRRR00/2

13、/2oLUURRKeURRK 電橋平衡條件：電橋平衡條件：R1R3=R2R43211234oRRUURRRRR當(dāng)R1=R2=R3=R4=RRR靜態(tài)靈敏度靜態(tài)靈敏度線性度線性度/141/2oUR RUR R14/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器線性度補償線性度補償例：設(shè)K=2，要求非線性誤差1%，試求允許測量的最大應(yīng)變值max。差動電橋補償差動電橋補償條件：相鄰橋臂；變化條件：相鄰橋臂；變化方向相反方向相反32211223411(/)22ooRRRUUR R U SURRRRRR 1234RRRRR332211223344(/)ooRRRRUUR R U SURRRRRRRR 恒流源補償恒

14、流源補償15/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器五、電阻應(yīng)變計的溫度效應(yīng)及補償五、電阻應(yīng)變計的溫度效應(yīng)及補償（1） 溫度誤差溫度誤差由于環(huán)境溫度變化引起的電阻變化稱為應(yīng)變片的溫度誤差，又由于環(huán)境溫度變化引起的電阻變化稱為應(yīng)變片的溫度誤差，又稱熱輸出稱熱輸出應(yīng)變片的電阻絲應(yīng)變片的電阻絲(敏感柵敏感柵)具有一定溫度系數(shù)；具有一定溫度系數(shù)；電阻絲材料與測試材料的線膨脹系數(shù)不同。電阻絲材料與測試材料的線膨脹系數(shù)不同。影響因素：影響因素：tKtRRRRRRgett 21計算公式：計算公式：K應(yīng)變片靈敏系數(shù)16/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器（2） 溫度補償溫度補償 單絲自補償應(yīng)變片單絲自補償

15、應(yīng)變片在選擇應(yīng)變片時，若應(yīng)變片的敏感柵是用單一的合金絲制成，在選擇應(yīng)變片時，若應(yīng)變片的敏感柵是用單一的合金絲制成，并使其電阻溫度系數(shù)并使其電阻溫度系數(shù) 和線膨脹系數(shù)和線膨脹系數(shù) 滿足下式的條件，即滿足下式的條件，即可實現(xiàn)溫度自補償。具有這種敏感柵的應(yīng)變片稱為單絲自補償可實現(xiàn)溫度自補償。具有這種敏感柵的應(yīng)變片稱為單絲自補償應(yīng)變片。應(yīng)變片。tgegtK優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，制造和使用都比較方便；缺點：對試件的線優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，制造和使用都比較方便；缺點：對試件的線膨脹系數(shù)有要求。膨脹系數(shù)有要求。雙絲組合式自補償應(yīng)變片雙絲組合式自補償應(yīng)變片正負(fù)兩種電阻溫度系數(shù)的材料串聯(lián)組成敏感柵，以達(dá)到一定的正負(fù)兩種電阻

16、溫度系數(shù)的材料串聯(lián)組成敏感柵，以達(dá)到一定的溫度范圍內(nèi)在一定材料的試件上實現(xiàn)溫度補償。溫度范圍內(nèi)在一定材料的試件上實現(xiàn)溫度補償。缺點：對試件的線膨脹系數(shù)有要求。缺點：對試件的線膨脹系數(shù)有要求。17/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器（2） 溫度補償溫度補償 電路補償法電路補償法USCR2R3R1R4E補償塊法補償應(yīng)變片粘貼示意圖R1R2需滿足三個條件需滿足三個條件R1和和R2須屬于同一批號的，即它們須屬于同一批號的，即它們的電阻溫度系數(shù)的電阻溫度系數(shù)、線膨脹系數(shù)、線膨脹系數(shù)、應(yīng)、應(yīng)變靈敏系數(shù)變靈敏系數(shù)K都相同，兩片的初始電都相同，兩片的初始電阻值也要求相同；阻值也要求相同； 用于粘貼補償片的

17、構(gòu)件和粘貼工作用于粘貼補償片的構(gòu)件和粘貼工作片的試件二者材料必須相同，即要求片的試件二者材料必須相同，即要求兩者線膨脹系數(shù)相等；兩者線膨脹系數(shù)相等； 兩應(yīng)變片處于同一溫度環(huán)境中。兩應(yīng)變片處于同一溫度環(huán)境中。零漂零漂 完全補償完全補償靈敏度漂移靈敏度漂移 部分補償部分補償18/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器（2） 溫度補償溫度補償 電路補償法電路補償法R1R2FFR1R2（b）（a）F差動電橋補償差動電橋補償構(gòu)件受彎曲應(yīng)力構(gòu)件受單向應(yīng)力11222/2HoHHRRRRUUURRRR 212RK RRRK R 1()()21(1)4(1)/2HoHHHRRRUURRRRRRRURRR 19/

18、42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器（2） 溫度補償溫度補償 熱敏電阻補償法熱敏電阻補償法USCR2R3R1R4ERtR5熱敏電阻Rt與應(yīng)變片處在相同的溫度下，當(dāng)應(yīng)變片的靈敏度隨溫度升高而下降時，熱敏電阻Rt的阻值下降，使電橋的輸入電壓溫度升高而增加，從而提高電橋輸出電壓。選擇分流電阻R5的值，可以使應(yīng)變片靈敏度下降對電橋輸出的影響得到很好的補償。20/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器六、電阻應(yīng)變計式傳感器六、電阻應(yīng)變計式傳感器金屬應(yīng)變片， 除了測定試件應(yīng)力、應(yīng)變外，還制造成多種應(yīng)變式傳感器用來測定力、扭矩、加速度、壓力等其它物理量。 應(yīng)變式傳感器包括兩個部分：一是彈性敏感元件彈性敏感

19、元件，利用它將被測物理量（如力、扭矩、加速度、壓力等）轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值；另一個是應(yīng)變片應(yīng)變片作為轉(zhuǎn)換元件將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化。 u柱力式傳感器柱力式傳感器u梁力式傳感器梁力式傳感器u應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器u應(yīng)變式加速度傳感器應(yīng)變式加速度傳感器21/42第第2章電阻式傳感器章電阻式傳感器1 1、柱力式傳感器、柱力式傳感器 圓柱式力傳感器的彈性元件分為實心和空心兩種。柱式力傳感器-2+1截面積SFFF面積S-1+2b）a）在軸向布置一個或幾個應(yīng)變片，在圓周方向布置同樣數(shù)目的應(yīng)變片，后者取符號相反的橫向應(yīng)變，從而構(gòu)成了差動對。由于應(yīng)變片沿圓周方向分布，所以非軸向載荷分量被補償，在與軸

20、線任意夾角的方向，其應(yīng)變?yōu)?： 2cos11211沿軸向的應(yīng)變；彈性元件的泊松比。當(dāng)=0時SEF1當(dāng)=90時SEF12E：彈性元件的楊氏模量22/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器2 2、梁力式傳感器、梁力式傳感器 等強度梁彈性元件是一種特殊形式的懸臂梁。梁的固定端寬度為b0，自由端寬度為b，梁長為L，粱厚為h。力F作用于梁端三角形頂點上，梁內(nèi)各斷面產(chǎn)生的應(yīng)力相等，故在對L方向上粘貼應(yīng)變片位置要求不嚴(yán)。n橫截面梁n雙空梁nS形彈性元件LR1R3R2R4xFhb等強度梁彈性元件b0R423/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器3、 應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器 測量氣體或液體壓力的薄板

21、式傳感器，如圖所示。當(dāng)氣體或液體壓力作用在薄板承壓面上時，薄板變形，粘貼在另一面的電阻應(yīng)變片隨之變形，并改變阻值。這時測量電路中電橋平衡被破壞，產(chǎn)生輸出電壓。 圓形薄板固定形式：采用嵌固形式，如圖（a）或與傳感器外殼作成一體，如圖 (b)。P（b） （a）應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變片24/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器4 4、應(yīng)變式加速度傳感器、應(yīng)變式加速度傳感器由端部固定并帶有慣性質(zhì)量塊m的懸臂梁及貼在梁根部的應(yīng)變片、基座及外殼等組成。是一種慣性式傳感器。 測量時，根據(jù)所測振動體加速度的方向，把傳感器固定在被測部位。當(dāng)被測點的加速度沿圖中箭頭所示方向懸臂梁自由端受慣性力F=ma的作用，質(zhì)量

22、塊向箭頭a相反的方向相對于基座運動，使梁發(fā)生彎曲變形，應(yīng)變片電阻也發(fā)生變化，產(chǎn)生輸出信號，輸出信號大小與加速度成正比。 L應(yīng)變片質(zhì)量塊m彈簧片外殼基座a應(yīng)變式加速度傳感器25/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器七、壓阻式傳感器七、壓阻式傳感器是利用硅的壓阻效應(yīng)和微電子技術(shù)制成的，是一種新的物性型傳感器。優(yōu)點：靈敏度高、動態(tài)響應(yīng)好、精度高、易于微型化和集成化等，缺點：溫度影響大，需要溫度補償。工作原理：壓阻效應(yīng)工作原理：壓阻效應(yīng)單晶硅、鍺等半導(dǎo)體材料在受到應(yīng)力作用后，其電阻率發(fā)生單晶硅、鍺等半導(dǎo)體材料在受到應(yīng)力作用后，其電阻率發(fā)生明顯變化，這種現(xiàn)象被稱為壓阻效應(yīng)。明顯變化，這種現(xiàn)象被稱為壓阻

23、效應(yīng)。Ed2121ERdR壓阻系數(shù) E彈性模量應(yīng)力； 應(yīng)變。121 250 100E半導(dǎo)體材料：半導(dǎo)體材料：摻雜的雜質(zhì)濃度、溫度、材料類摻雜的雜質(zhì)濃度、溫度、材料類型、晶向有關(guān)型、晶向有關(guān)26/42第第2章電阻式傳感器章電阻式傳感器/pQ123I/RR v：縱向應(yīng)力縱向應(yīng)力v ：橫向應(yīng)力：橫向應(yīng)力v：縱向壓阻系數(shù)縱向壓阻系數(shù)v :橫向壓阻系數(shù)橫向壓阻系數(shù)任意方向（P方向）電阻變化同一種半導(dǎo)體材料，如果在不同的晶向切割制作同一種半導(dǎo)體材料，如果在不同的晶向切割制作電阻，其縱向和橫向壓阻系數(shù)不同。電阻，其縱向和橫向壓阻系數(shù)不同。27/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器七、壓阻式傳感器七、壓阻式

24、傳感器粘貼型壓阻傳感器：半導(dǎo)體應(yīng)變片固態(tài)壓阻傳感器（擴(kuò)散型壓阻傳感器）：應(yīng)變電阻與硅基片一體化28/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器（2 2）影響壓阻系數(shù)的因素）影響壓阻系數(shù)的因素 表面雜質(zhì)濃度表面雜質(zhì)濃度Ns（1/cm3)11或或441、壓阻系數(shù)與雜質(zhì)濃度的關(guān)系v擴(kuò)散雜質(zhì)濃度增加，壓阻系數(shù)都要減小擴(kuò)散雜質(zhì)濃度增加，壓阻系數(shù)都要減小P型型Si（44)N型型Si（11)en1解釋：解釋：vNs雜質(zhì)原子數(shù)多雜質(zhì)原子數(shù)多載流子多載流子多 nv雜質(zhì)濃度雜質(zhì)濃度Ns n / 29/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器溫度溫度T442、壓阻系數(shù)與溫度的關(guān)系v表面雜質(zhì)濃度低時，溫度增加壓阻系數(shù)下降快

25、v表面雜質(zhì)濃度高時，溫度增加壓阻系數(shù)下降慢Ns小小Ns大大30/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器2、壓阻系數(shù)與溫度的關(guān)系解釋：vT載流子獲得的動能 / Ns大， 變化較小 變化小Ns小， 變化大 變化大n 31/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器載流子濃度的影響Ns大：n受溫度影響小n44靈敏度低n高濃度擴(kuò)散，使p-n結(jié)擊穿電壓絕緣電阻漏電漂移性能不穩(wěn)定32/42（3 3）固態(tài)壓阻器件）固態(tài)壓阻器件利用固體擴(kuò)散技術(shù)，將P型雜質(zhì)擴(kuò)散到一片N型硅底層上，形成一層極薄的導(dǎo)電P型層，裝上引線接點后，即形成擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片。若在圓形硅膜片上擴(kuò)散出四個P型電阻，構(gòu)成惠斯登電橋的四個臂，這樣的敏

26、感器件通常稱為固態(tài)壓阻器件，如圖所示。1 N-Si膜片 2 P-Si導(dǎo)電層 粘貼劑 硅底座 引壓管 Si 保護(hù)膜 37 引線 第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器33/42 當(dāng)硅單晶在任意晶向受到縱向和橫向應(yīng)力作用時，如圖 (a)所示，其阻值的相對變化為 式中 l縱向應(yīng)力； t橫向應(yīng)力； l縱向壓阻系數(shù)；t橫向壓阻系數(shù)。 ttllRR力敏電阻受力情況示意圖（a）001100010llttR（b）trlrttltRrRt第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器34/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器三、壓阻式傳感器的輸出1、恒壓源供電擴(kuò)散電阻起始阻值都為R，當(dāng)有應(yīng)力作用時，兩個電阻阻值增加，兩個減小

27、；溫度變化引起的阻值變化為Rt：R1+ R1R2 - R2USCR3- R3R4+ R435/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器電橋輸出為：ttttttSCRRRRRRRRRURRRRRRRRRUU)()(tSCRRRUvRt0時，時，Usc=f( t)是非線性關(guān)系，是非線性關(guān)系，恒壓源供電不能消除溫度影響。恒壓源供電不能消除溫度影響。36/42第第3章電阻式傳感器章電阻式傳感器2、恒流源供電)(2tADCABCRRRRIIIADCABC21R1+ R1R2 - R2USCR3- R3R4+ R4ABCD37/42第第2章電阻式傳感器章電阻式傳感器RIUSCRUSCv輸出與輸出與I有關(guān)有關(guān)v輸出與溫度無關(guān)，不受溫度影響輸出