压阻式压力传感器编辑

日期:2020-01-09     浏览:241    
0压阻式压力传感器简介
压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应而构成。采用单晶硅片为弹性元件,在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺,在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻,并将电阻接成桥路,单晶硅片置于传感器腔内。当压力发生变化时,单晶硅产生应变,使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成正比的变化,再由桥式电路获相应的电压输出信号。
中文名
压阻式压力传感器
外文名
Piezoresistive pressure sensor
又    称
扩散硅压力传感器
类    型
压力式传感器的一种
核心部分
N型的圆形硅膜片
应    用
航天、航空、航海、石油化工
1压阻式压力传感器压阻式压力传感器应用
压阻式传感器是用于这方面的较理想的传感器。例如,用于测量直升飞机机翼的气流压力分布,测试发动机进气口的动态畸变、叶栅的脉动压力和机翼的抖动等。在飞机喷气发动机中心压力的测量中,使用专门设计的硅压力传感器,其工作温度达500℃以上。在波音客机的大气数据测量系统中采用了精度高达0.05%的配套硅压力传感器。在尺寸缩小的风洞模型试验中,压阻式传感器能密集安装在风洞进口处和发动机进气管道模型中。单个传感器直径仅2.36毫米,固有频率高达300千赫,非线性和滞后均为全量程的±0.22%。在生物医学方面,压阻式传感器也是理想的检测工具。已制成扩散硅膜薄到10微米,外径仅0.5毫米的注射针型压阻式压力传感器和能测量心血管、颅内、尿道、子宫和眼球内压力的传感器。图3是一种用于测量脑压的传感器的结构图。压阻式传感器还有效地应用于爆炸压力和冲击波的测量、真空测量、监测和控制汽车发动机的性能以及诸如测量枪炮膛内压力、发射冲击波等兵器方面的测量。此外,在油井压力测量、随钻测向和测位地下密封电缆故障点的检测以及流量和液位测量等方面都广泛应用压阻式传感器。随着微电子技术和计算机的进一步发展,压阻式传感器的应用还将迅速发展  。
2压阻式压力传感器压阻式传感器的应变与温度交叉灵敏度分析
压阻式传感器是在圆形硅膜片上扩散出四个电阻,这四个电阻接成惠斯登电桥。当有应力作用时,两个电阻的阻值增加,增另外由于温度影响,使每个电阻都有变化量。且用线性方程近似求解可充分利用较为成熟的线性方程组的数值方法理沦,使问题大大简化,因此在实际应用中仍具有重要意义,而参量变化较大时,忽略交叉灵敏度对于求解精度影响较大。
3压阻式压力传感器压阻式传感器的工作原理
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。 
当力作用于硅晶体时,晶体的晶格产生变形,使载流子从一个能谷向另一个能谷散射,引起载流子的迁移率发生变化,扰动了载流子纵向和横向的平均量,从而使硅的电阻率发生变化。 
这种变化随晶体的取向不同而异,因此硅的压阻效应与晶体的取向有关。硅的压阻效应不同于金属应变计,前者电阻随压力的变化主要取决于电阻率的变化,后者电阻的变化则主要取决于几何尺寸的变化,而且前者的灵敏度比后者大50~100倍  。 
4压阻式压力传感器参考资料

1.  伞海生, 宋子军, 王翔, et al. 适用于恶劣环境的MEMS压阻式压力传感器[J]. 光学精密工程, 2012, 20(3):550-555.
2.  姜润翔, 贾亦卓, 龚沈光, et al. 压阻式压力传感器:, 2013.
 
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