压阻式传感器p.pptx

压阻式传感器;1. 半导体的压阻效应 ;1.1压阻效应 ;对半导体材料而言，πl E (1+μ)，故(1+μ)项可以忽略; 利用这种效应制成的电阻称为固态压敏电阻，也叫力敏电阻。用压敏电阻制成的器件有两类：一种是利用半导体材料制成黏贴式的应变片；另一种是在半导体的基片上用集成电路的工艺制成扩散型压敏电阻，用它作传感器元件制成的传感器，称为固态压阻式传感器，也叫扩散型压阻式传感器。;2. 体型半导体电阻应变片 ;2.1 结构型式及特点 ;2.2 测量电路 ;　　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性误差大等，给使用带来一定困难。 ;;3.1 结构类型;工作原理： 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： 按膜片上径向应力σr和切向应力σt的分布情况确定。 ;3.2 扩散型压阻式压力传感器特点;;5.1 压阻式传感器的测量电路 （1）恒压源供电 假设四个扩散电阻的起始阻值都相等且为R，当有应力作用时，两个电阻的阻值增加，增加量为DR，两个电阻的阻值减小，减小量为-DR；另外由于温度影响，使每个电阻都有DRT的变化量。根据图，电桥的输出为 整理后得 ; 如?RT = 0，即没有温度影响，则 此式说明电桥输出与DR/R成正比，即与被测量成正比；同时又与U成正比，表明电桥的输出与电源电压的大小与精度都有关。 如DRT≠0时，则Usc与DRT有关，也就是说与温度有关，而且与温度的关系是非线性的，所以用恒压源供电时，不能消除温度的影响。;假设电桥两个支路的电阻相等，即 故有 因此电桥的输出为 整理后得 电桥的输出与电阻的变化量成正比，即与被测量成正比，当然也与电源电流成正比，即输出与恒流源的供给电流大小与精度有关，不受温度影响，这是恒流源供电的优点。; 1.将四个电桥电阻尽量集中于一个小的范围 在扩散电阻形成的工艺过程中，光刻、扩散等工艺会引起电阻条宽度或杂质浓度发生偏差。导致各电阻值和温度系数互不相等，造成电桥的不平衡，电桥的输出特性就会受到温度影响。 2.采用复合电阻条减少温度影响 如图所示，在（100）面上配置了8个电阻条，相互对它们自己中心对称，按图中方式连成电阻桥。这样，电桥的每一臂都由对中心点对称的两个电阻构成复合电阻，即1和2，3和4，5和6，7和8，使得电桥每一臂电阻值和温度系数都可做得很接近，所以电桥零点不随温度变化，也没有零点漂移，表现出良好的温度特性。;由于具有频响高、体积小、精度高、测量电路与传感器一体化等特点，压阻式传感器相当广泛地应用在航天、航空、航海、石油、化工、动力机械、生物医学、气象、地质地震测量等各个领域。 1.生物医学上的应用 小尺寸，高输出和稳定可靠的性能，使得压阻式传感器成为生物医学上理想的测试手段。 （a） （b） （c） （a）：注射针??压阻式压力传感器 （b）：内心导管中的压阻式压力传感器 （c）：脑压传感器; 2.爆炸压力和冲击波的测量 在爆炸压力和冲击波的测试中，广泛应用压阻式压力传感器。 3.汽车上的应用 用硅压阻式传感器与电子计算机配合可监测和控制汽车发动机的性能，以达到节能目的。此外还可用来测量汽车启动和刹车时的加速度。 4.兵器上的应用 由于固有频率高，动态响应快，体积小等特点，压阻式压力传感器适合测量枪炮膛内的压力。测量时，传感器安装在枪炮的身管上或装在药筒底部。另外，压阻式传感器也用来测试武器发射时产生的冲击波。 此外，在石油工业中，硅压阻式压力传感器用来测量油井压力，以便分析油层情况。压阻式加速度计作为随钻测向测位系统的敏感元件，用于石油勘探和开发。在机械工业中，可用来测量冷冻机、空调机、空气压缩机、燃气涡轮发动机等气流流速，监测机器的工作状态。在邮电系统中，用作地面和地下密封电缆故障点的检测和确定