《传感器与自动检测技术》课件第3章.ppt

**************************************PZ型为纸基丝式应变片，PJ型为胶基丝式应变片，BB、BA、BX型为箔式应变片，PBD型为半导体应变片。**********粘合剂要根据基片材料、工作温度、潮湿程度、稳定性、是否加温加压和粘贴时间等多种因素合理选择。*最后在应变片上涂一层防护层，防止大气对应变片的侵蚀，保证应变片长期工作的稳定性。*******汽车衡也称为地磅（truckscale）：是厂矿、商家等用于大宗货物计量的主要称重设备。在二十世纪80年代之前一般是利用杠杆原理纯机械构造的机械式汽车衡。随着高精度称重传感器技术的日趋成熟，机械式地磅逐渐被精度高、稳定性好、操作方便的电子汽车衡所取代。*汽车衡标准配置主要由承重传力机构(秤体)、高精度称重传感器、称重显示仪表三大主件组成，即可完成汽车衡基本的称重功能，也可根据不同用户的要求，选配打印机、大屏幕显示器、电脑管理系统以完成更高层次的数据管理及传输的需要。*电子天平的精度甚至可达十万分之一*****3.2压阻式传感器3.2.1压阻式传感器的工作原理半导体材料受力时，其电阻率会发生变化的现象称为压阻效应。压阻式传感器的工作原理就是基于半导体的压阻效应的。对于半导体应变片，电阻的相对变化量为（3–11）式中，π为半导体的压阻系数；E为弹性模量；ε为应变；KB为半导体应变片的灵敏度。由于半导体的压阻系数π=（40～80）×10-11m2/N，E=1.67×1011N/m2，所以半导体应变片的灵敏度KB为50～100，比金属应变片的灵敏度（K为2.0～3.6）约高几十倍。可用于制作半导体应变片的材料主要有硅、锗、锑化铟、砷化镓等，以硅和锗最为常用。如在硅和锗中掺进硼、铝、镓、铟等杂质元素，可形成P型半导体；如掺入磷、锑、砷等杂质，则形成N型半导体。掺入杂质的浓度越大，半导体材料的电阻率就越低。利用半导体材料制成的压阻式传感器有两种类型：一种是利用半导体材料的体电阻做成粘贴式半导体应变片；另一种是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成扩散电阻，称为扩散型压阻传感器。3.2.2压阻式传感器的结构与特性1.半导体应变片的结构半导体应变片的典型结构如下图所示。它是单晶锭图（a）按一定的晶轴方向（如111）切成薄片图（b），对它进行研磨加工图（c），再经过光刻腐蚀后切成细条图（d），然后安装内引线图（e），并粘接在贴有接头的基底上，最后安装外引线图（f）而成。敏感栅的形状可制成直条形，也可制成U形或W形图（g）。敏感栅的长度一般为lmm～9mm。基底的作用是使应变片容易安装并增大粘贴面积，同时使栅体与试件绝缘。若要求用小面积的应变片时，可用无基底的应变片直接粘贴。硅薄膜式风速风向传感器：利用风吹薄膜产生风压，导致薄膜形变，薄膜上的应变电阻会感应到薄膜的形变。通过测量应变电阻的变化即可解算出风速大小。硅薄膜式测风传感器2．扩散型压阻传感器的结构和工作原理下图为扩散型压阻传感器的结构示意图。它是由外壳、硅杯和引线等组成，其核心部分是一块圆形的硅膜片图（b）。(a)传感器结构(b)硅杯结构1—引线；2—硅杯；3—高压腔；4—低压腔；5—硅膜片；6—金丝无隔离膜片的扩散型压阻传感器的结构示意图通常将膜片制作在硅杯上，形成一体结构，以减小膜片与基座连接所带来的性能变化。在膜片上利用集成电路工艺扩散了四个阻值相等的电阻，并构成电桥，这就是硅压阻式力敏元件的压阻芯片。膜片的两边有两个压力腔，一个是和被测系统相连接的高压腔，另一个是低压腔，通常和大气相通。当膜片两边存在压力差时，膜片上各点就有应力，四个扩散电阻的阻值就发生变化，使电桥失去平衡，输出相应的电压。输出电压和膜片两边的压力差成正比。固态压阻式传感器固体压阻式传感器硅膜片芯体结构固体压阻式传感器实物3.压阻式传感器的主要特性1）应变-电阻特性半导体应变片的应变-电阻特性，在数百微应变（με）内呈线性，但在较大的应变范围内则出现非线性。为了提高传感器应变-电阻的线性度，通常对于粘贴应变片的膜片预先加压缩应变。当掺杂浓度增加，灵敏度系数就减小。2）电阻-温度特性半导体应变片也和金属应变片一样，温度的变化会引起电阻变化。硅和锗的电阻温度系数大于700×10-6/oC，比康铜、卡玛等金属大得多，而半导体的线膨胀系数大约为3.2×10-6/oC，比被测试件小得多，同时，