Ch-2.2 壓阻式傳感器

1、2.2 壓阻式傳感器2.2.1 半導體的壓阻效應半導體的壓阻效應2.2.2 體型半導體應變片2.2.3 擴散型壓阻式壓力傳感器2.2.4 壓阻式加速度傳感器2.2.5 測量橋路及溫度補償2.2.1 半導體的壓阻效應 固體受到作用力后，電阻率就要發(fā)生變化，這種效應稱為壓阻效應 半導體材料的壓阻效應特別強。 壓阻式傳感器的靈敏系數大，分辨率高。頻率響應高，體積小。它主要用于測量壓力、加速度和載荷等參數。因為半導體材料對溫度很敏感，因此壓阻式傳感器的溫度誤差較大，必須要有溫度補償。壓阻效應 金屬材料 半導體材料 llEell半導體電阻率 l為半導體材料的壓阻系數，它與半導體材料種類及應力方向與晶軸方

2、向之間的夾角有關；E為半導體材料的彈性模量，與晶向有關。 )1(RR)1 (ERRl對半導體材料而言，l E (1+)，故(1+)項可以忽略llERR半導體材料的電阻值變化，主要是由電阻率變化引起的，而電阻率的變化是由應變引起的 半導體單晶的應變靈敏系數可表示 ERRKl/半導體的應變靈敏系數還與摻雜濃度有關，它隨雜質的增加而減小2.2 壓阻式傳感器2.2.1 半導體的壓阻效應2.2.2 體型半導體應變片體型半導體應變片2.2.3 擴散型壓阻式壓力傳感器2.2.4 壓阻式加速度傳感器2.2.5 測量橋路及溫度補償2.2.2 體型半導體電阻應變片 結構型式及特點 測量電路 1. 結構型式及特點

3、主要優(yōu)點主要優(yōu)點 靈敏系數比金屬電阻應變片的靈敏系數大數十倍 橫向效應和機械滯后極小 溫度穩(wěn)定性和線性度比金屬電阻應變片差得多 2. 測量電路 恒壓源恒流源)/(0tRRRUURIU0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。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。2.2 壓阻式傳感器2.2.1 半導體的壓阻效應2.2.2 體型半導體應變片2.2.3 擴散型壓阻式壓力傳感器擴散型壓阻式壓力傳感器2.2.4 壓阻式加速度傳感器2.2.5 測量橋路及溫度補償2.2.3 擴散型壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器結構簡圖1低壓腔 2高壓腔 3硅杯 4引線 5硅膜片采用N型單晶

4、硅為傳感器的彈性元件，在它上面直接蒸鍍半導體電阻應變薄膜 工作原理：工作原理： 膜片兩邊存在壓力差時，膜片產生變形，膜片上各點產生應力。 四個電阻在應力作用下，阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡， 輸出相應的電壓，電壓與膜片兩邊的壓力差成正比。 四個電阻的配置位置四個電阻的配置位置： 按膜片上徑向應力r和切向應力t的分布情況確定。 )31 ()1(83)3()1(8322022202rrhprrhptr設計時，適當安排電阻的位置，可以組成差動電橋。 擴散型壓阻式壓力傳感器特點優(yōu)點: 體積小，結構比較簡單，動態(tài)響應也好，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，頻率響應高，便于生產，成本

5、低。測量準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非線性和溫度進行補償。 2.2 壓阻式傳感器2.2.1 半導體的壓阻效應2.2.2 體型半導體應變片2.2.3 擴散型壓阻式壓力傳感器2.2.4 壓阻式加速度傳感器壓阻式加速度傳感器2.2.5 測量橋路及溫度補償2.2.4 壓阻式加速度傳感器 它的懸臂梁直接用單晶硅制成，四個擴散電阻擴散在其根部兩面 。擴散電阻質量塊基座應變梁a2.2 壓阻式傳感器2.2.1 半導體的壓阻效應2.2.2 體型半導體應變片2.2.3 擴散型壓阻式壓力傳感器2.2.4 壓阻式加速度傳感器2.2.5 測量橋路及溫度補償測量橋路及溫度補償2.2.5 測量橋路及溫度補償由于制造、溫度影響等原因，電橋存在失調、零位溫漂、靈敏度溫度系數和非線性等問題，影響傳感器的準確性。減少與補償誤差措施 1. 恒流源供電電橋 2. 零點溫度補償 3. 靈敏度溫度補償1. 恒流源供電電橋恒流源供電的全橋差動電路 假設RT為溫度引起的電阻變化 IIIADCABC21電橋的輸出為RIRRRIRRRIUUTTBD)(21)(210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，因此測量不受溫度的影響。2.溫度漂移及其補償UR1R2R4R3U0RsRpVD溫度變化而變化，將引起零漂零漂和靈敏度漂移靈