压阻式传感器PPT学习教案

1、会计学1压阻式传感器压阻式传感器第1页/共20页金属材料 半导体材料 llEell半导体电阻率 l为半导体材料的压阻系数，它与半导体材料种类及应力方向与晶轴方向之间的夹角有关；E为半导体材料的弹性模量，与晶向有关。 )1(RR)1 (ERRl第2页/共20页对半导体材料而言，l E (1+)，故(1+)项可以忽略llERR 半导体材料的电阻值变化，主要是由电阻率变化引起的，而电阻率的变化是由应变引起的。 半导体单晶的应变灵敏系数可表示ERRKl/半导体的应变灵敏系数还与掺杂浓度有关，它随杂质的增加而减小第3页/共20页1.2 压敏电阻分类第4页/共20页这种半导体应变片是将单晶硅锭切片、研磨、

2、腐蚀压焊引线，最后粘贴在锌酚醛树脂或聚酰亚胺的衬底上制成的。体型半导体应变片可分为6种。 普通型:它适合于一般应力测量； 温度自动补偿型：它能使温度引起的导致应变电阻变化的各种因素自动抵消，只适用于特定的试件材料；灵敏度补偿型：通过选择适当的衬底材料（例如不锈钢），并采用稳流电路，使温度引起的灵敏度变化极小； 高输出（高电阻）型：它的阻值很高（210千欧）,可接成电桥以高电压供电而获得高输出电压，因而可不经放大而直接接入指示仪表。 超线性型:它在比较宽的应力范围内,呈现较宽的应变线性区域，适用于大应变范围的场合； P-N组合温度补偿型:它选用配对的P型和N型两种转换元件作为电桥的相邻两臂，从而

3、使温度特性和非线性特性有较大改善。 第5页/共20页主要优点主要优点 灵敏系数比金属电阻应变片的灵敏系数大数十倍 横向效应和机械滞后极小 温度稳定性和线性度比金属电阻应变片差得多 第6页/共20页)/(0tRRRUURIU0电桥输出电压与R / R成正比，输出电压受环境温度的影响。电桥输出电压与R成正比，环境温度的变化对其没有影响。第7页/共20页半导体应变片最突出的优点是灵敏度高，这为它的应用提供了有利条件。另外，由于机械滞后小、横向效应小以及它本身体积小等特点，扩大了半导体应变片的使用范围。 其最大的缺点是温度稳定性差、灵敏度离散程度大（由于晶向、杂质等因素的影响）以及在较大应变作用下非线

4、性误差大等，给使用带来一定困难。2.3 半导体应变片的优缺点第8页/共20页 在弹性变形限度内，硅的压阻效应是可逆的，即在应力作用下硅的电阻发生变化，而当应力除去时，硅的电阻又恢复到原来的数值。硅的压阻效应因晶体的取向不同而不同，即对不同的晶轴方向其压阻系数不同。虽然半导体压敏电阻的灵敏系数比金属高很多，但是有时还是不够。因此为了进一步增大灵敏度，压敏电阻常常扩散（安装）薄的硅膜上，让硅膜起一个放大作用。第9页/共20页压阻式压力传感器结构简图1低压腔 2高压腔 3硅杯 4引线 5硅膜片 采用N型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直接蒸镀半导体电阻应变薄膜 第10页/共20页工作原理：工作原理

5、： 膜片两边存在压力差时，膜片产生变形，膜片上各点产生应力。四个电阻在应力作用下，阻值发生变化，电桥失去平衡，输出相应的电压，电压与膜片两边的压力差成正比。 四个电阻的配置位置四个电阻的配置位置： 按膜片上径向应力r和切向应力t的分布情况确定。 )31 ()1(83)3()1(8322022202rrhprrhptr设计时，适当安排电阻的位置，可以组成差动电桥。 第11页/共20页第12页/共20页扩散电阻质量块基座应变梁a第13页/共20页TTTTTTRRRRRRRRRURRRRRRRRRUUU)()(BDscTRRRUUsc R -R +RT R +R +RT R +R +RT R +R +RT UUscAB C D5. 5. 压压阻式传感器的测量阻式传感器的测量电路电路第14页/共20页RRUUsc第15页/共20页TRRRR2ADCABCIII21ADCABC)(21)(21BDSCTTRRRIRRRIUURIUsc U Usc R +R +RT R -R +RTAB C D IR +R +RTR -R +RT（2 2）恒流源供电）恒流源供电第16页/共20页 5 7 8 6 1 4 3 2 1 2 3 4 5 6 Usc 7 85.2 5.2 减小减小在扩散工艺中的温度在扩散工艺