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什么是压阻式传感器

发布时间:2021-08-26人气:34

       压阻式传感器是指利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。单晶硅材料在受到力的作用后,电阻率发生变化,通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出。压阻式传感器用于压力、拉力、压力差和可以转变为力的变化的其他物理量(如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度)的测量和控制。

        随着固体物理学的发展,固体的各种效应逐渐被人们所发现。固体受到力的作用后,电阻率将发生显著的变化这种效应称为压阻效应。压阻式传感器就是利用这种效应制成的。压阻式传感器主要用于测量力,压力、加速度、载荷和扭矩等参量。
        硅晶体有良好的弹性形变性能和显著的压阻效应,利用硅的压阻效应和集成电路技术制版的传感器,具有灵敏度高、动态响应快、测量精度高、稳定性好、工作温度范围宽、易于小型化和批量生产及使用方便等特点。因而是一种应用日益广泛、发展非常迅速的传感器。早期的硅压力传感器称为体型压力传感器(又称半导体应变片式压力传感器)。它的应变片是采用单晶硅在生产过程中接入杂质硼,形成具有一定电阻率的晶体,然后将单品硅切割加工成薄片矩形条,粘贴在金属或其它材料制成的弹性元件上,构成半桥或全桥电路。当弹性体承受压力后,产生应力,使硅片受到压缩或拉伸,硅的电阻率发
生变化,产生正比于力的电压信号输山,测定电压大小就可确定力的大小。这种半导体应变片式力传感器,后来发展成在N型硅单晶片上选择适当位置,通过扩散制成厚度极薄的P型硅应变电阻条。P型硅应变电阻条与N型硅单晶基片(膜片)之间构成PN结,反向偏置后,可使P型硅应变电阻条与N型硅基片形成绝缘。把制成的P型硅应变电阻条连接成惠斯顿电桥,这就是压阻式传感器的芯片。把芯片粘贴在弹性元件上,汽压力作用于弹性元件时,芯片上的电桥在压力作用下出现不平衡,输出一正比于压力变化的电压信号。这种压阻式传感器,由于采用了粘片结构,所以存在着较大的滞后和蠕变现像,并具有固有频率较倔、稻皮不够高、小型化集成化有困难等问题,因此影响了它的使用和发展。
        70年代,采用集成电路技术制造压阻式传感器获得了极大的发展。制成了周边固支的电阻与硅膜片一体化的硅杯式扩散型压阻式传感器。它克服了上述压阻式传感器的问题,其性能优良,易于小型化和批量生产,而且能把应变电阻条、补偿线路、信号调整,甚至能将计算处理电路集成在一块硅片上,制成智能传感器,这使压阻式传感器获得了更广泛的应用,成为人们更为重视的一种新型传感器。

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