传感器与检测技术 项目3 重力和压力的检测.pptx

;;任务3.1基于电阻应变式传感器的电子秤设计;任务3.1基于电阻应变式传感器的电子秤设计;任务3.1基于电阻应变式传感器的电子秤设计;任务3.1基于电阻应变式传感器的电子秤设计;任务3.1基于电阻应变式传感器的电子秤设计;任务3.1基于电阻应变式传感器的电子秤设计;任务3.1基于电阻应变式传感器的电子秤设计;任务3.1基于电阻应变式传感器的电子秤设计;任务3.1基于电阻应变式传感器的电子秤设计;任务3.1基于电阻应变式传感器的电子秤设计;任务3.1基于电阻应变式传感器的电子秤设计;任务3.1基于电阻应变式传感器的电子秤设计;任务3.1基于电阻应变式传感器的电子秤设计;任务3.1基于电阻应变式传感器的电子秤设计;任务3.1基于电阻应变式传感器的电子秤设计;任务3.1基于电阻应变式传感器的电子秤设计;任务3.1基于电阻应变式传感器的电子秤设计;任务3.1基于电阻应变式传感器的电子秤设计;任务3.1基于电阻应变式传感器的电子秤设计;任务3.1基于电阻应变式传感器的电子秤设计;任务3.1基于电阻应变式传感器的电子秤设计;;对一块半导体沿某一轴向施加一定的应力而产生应变时，它的电阻率会发生一定的变化，这种现象称为半导体的压阻效应。压阻式传感器就是基于半导体材料的压阻效应原理工作的，它也属于一种电阻式传感器。

半导体应变片受轴向力作用时，其电阻相对变化仍可用金属丝电阻应变片方程式（3-3）表示。实验证明，对于金属电阻应变片而言，其中Δρ/ρ很小，即电阻率的变化很小，因而可以忽略不计，所以金属电阻应变片的电阻变化主要由金属材料的几何尺寸所决定。但对于半导体材料而言，情况正好相反，由材料几何尺寸变化而引起电阻的变化很小，可忽略不计，而Δρ/ρ很大，也就是说，半导体材料电阻的变化主要由半导体材料电阻率的变化所造成，这就是压阻式传感器的工作原理。;

压阻式传感器电阻的变化表示为

（3-18）

式中：πl——半导体晶体纵向压阻系数；

σ——应力；

E——半导体材料弹性模量；

ε——应变。

;1.压阻式传感器的结构

半导体应变片由基片、敏感栅和电极引线等部分组成，基片是绝缘胶膜，敏感栅由硅或锗等半导体材料构成，内引线是连接基片和敏感栅的金属线，带状电极引线又称外引线，一般由康铜箔等制成，如图3-11所示。;

根据敏感栅形成的方法不同，压阻式传感器主要有体型、薄膜型和扩散型三种类型。体型半导体应变片是一种将硅或锗晶体按一定方向切割成的片状小条，经腐蚀压焊粘贴在基片上而成的应变片；薄膜型半导体应变片是利用真空沉积技术，将半导体材料沉积在带有绝缘层的试件上而制成；扩散型半导体应变片是将P型杂质扩散到N型硅单晶基底上，形成一层极薄的P型导电膜片而制成。;2.压阻式传感器的特性

（1）应变-电阻特性

以硅片应变片为例，由图3-12可知，N型半导体受压时，阻值变小；P型半导体受压,时，阻值变大。且在数百微应变内呈线性，在较大的应变范围内则呈非线性。;（2）电阻-温度特性

粘贴在试件上的体型半导体应变片也和金属丝电阻应变片一样受温度变化影响，温度变化引起的电阻变化为

（3-19）

式中：α——敏感???电阻温度系数；

βg——试件材料线膨胀系数；

βs——敏感栅材料线膨胀系数；

S——敏感栅灵敏度系数；

Δt——温度变化值。;因为半导体材料对温度很敏感，温度稳定性和线性度比金属电阻应变片差得多，因此，压阻式传感器的温度误差较大，必须要有温度补偿。

压阻式传感器的测量电路仍然使用平衡电桥。由于制造、温度影响等原因，电桥存在失调、零位温漂、灵敏度温度系数和非线性等问题，以致影响传感器的准确性。因此，必须采取减小与补偿误差措施。;1.恒流源供电电桥

恒流源供电的全桥差动电路如图3-13所示。;假设ΔRT为温度引起的电阻变化，而IABC=IADC=?I，所以电桥的输出为