压阻式传感器的特点
压阻式传感器
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，比机械式传感器精确和节省费用。在航运 上，测量水的流速，以及测量输水管道，天然气管道内的流速等。
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
这种半导体应变片是将单晶硅锭切片、研磨、腐蚀压焊引线， 最后粘贴在锌酚醛树脂或聚酰亚胺的衬底上制成的。体型半导体 应变片可分为6种。
3. 扩散型压阻式压力传感器
在弹性变形限度内，硅的压阻效应是可逆的，即在应力作用下硅 的电阻发生变化，而当应力除去时，硅的电阻又恢复到原来的数值。 硅的压阻效应因晶体的取向不同而不同，即对不同的晶轴方向其压阻 系数不同。虽然半导体压敏电阻的灵敏系数比金属高很多，但是有时 还是不够。因此为了进一步增大灵敏度，压敏电阻常常扩散（安装） 薄的硅膜上，让硅膜起一个放大作用。
电桥输出电压与ΔR成正比，环境温度的变化对其没有影响。
2.3 半导体应变片的优缺点
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。
压力传感器知识点总结
压力传感器知识点总结一、压力传感器的概念及分类压力传感器是一种能够将物体外部施加的压力转变成电信号输出的装置。
它可以将压力大小转化为电信号输出，通常用于测量液体、气体或固体的压力。
根据测量原理和测量对象的不同，压力传感器可以分为多种类型，常见的有压阻式压力传感器、压力变送器、电容式压力传感器和压电式压力传感器等。
1. 压阻式压力传感器压阻式压力传感器是利用压阻效应来测量被测压力的装置。
当被测压力作用在敏感元件上时，敏感元件发生形变，从而改变了电阻值。
通过检测电阻值的变化，就可以得到被测压力的大小。
压阻式压力传感器的优点是价格低廉，输出信号稳定，但灵敏度较低，精度一般较低。
2. 压力变送器压力变送器也是一种常见的压力传感器，它一般由感压元件和信号处理电路组成。
感压元件将被测压力转化为位移，再由信号处理电路将位移信号转化为电信号输出。
压力变送器具有输出信号稳定、精度高、灵敏度高等优点，广泛应用于工业自动化领域。
3. 电容式压力传感器电容式压力传感器是利用被测压力作用下的电容值变化来测量压力大小的装置。
当被测压力作用在感应体上时，感应体发生形变，从而改变了电容值。
通过检测电容值的变化，就可以得到被测压力的大小。
电容式压力传感器具有灵敏度高、精度高的特点，但价格较高。
4. 压电式压力传感器压电式压力传感器是利用压电效应来测量被测压力的装置。
当被测压力作用在压电晶体上时，压电晶体产生电荷，从而产生电压信号输出。
压电式压力传感器具有输出稳定、精度高、频率响应快的优点，但价格较高。
二、压力传感器的工作原理1. 压阻式压力传感器的工作原理压阻式压力传感器是利用压阻效应来测量被测压力的装置。
当被测压力作用在敏感元件上时，敏感元件发生形变，从而改变了电阻值。
通过检测电阻值的变化，就可以得到被测压力的大小。
2. 压力变送器的工作原理压力变送器一般由感压元件和信号处理电路组成。
感压元件将被测压力转化为位移，再由信号处理电路将位移信号转化为电信号输出。
压阻式压力传感器工作原理
压阻式压力传感器工作原理
压阻式压力传感器是一种常见的测量压力的传感器。
它的工作原理基于压阻效应。
压阻效应是指当物体受到外界力作用时，其电阻值发生变化的现象。
在压阻式压力传感器中，压阻材料（通常是一种特殊的导电橡胶或金属箔）被制成薄膜形状，并被放置在一个可变形的传感器外壳内。
当外界施加压力到传感器上时，传感器外壳会发生畸变，进而导致压阻材料的形状和电阻值发生变化。
这样的变化可以用一个电压信号来表达。
通常，传感器外接一个适配器电路，将电阻变化转换为与压力成比例的电压输出。
因此，当外界施加压力到压阻式压力传感器上时，传感器会根据压阻效应的变化产生相应的电压输出信号。
这个输出信号可以通过测量电压大小来间接推算出施加到传感器上的压力值。
压阻式压力传感器的优点包括结构简单、响应速度快、价格低廉等。
但也存在一些缺点，比如易受温度影响、精度相对较低等。
因此，在选择使用压阻式压力传感器时，需要根据具体应用场景来综合考虑其优缺点。
第 十五 章 压阻式传感器
3
<011> <001> <011>
<010>
<010>
2
<011>
<001>
<011>
三、影响压阻系数大小的因素
1、压阻系数与杂质浓度的关系 、
P型Si（π44) 型 （
π11
或
π44
N型Si（π11) 型 （ 表面杂质浓度N 表面杂质浓度 s（1/cm3)
•扩散杂质浓度增加，压阻系数都要减小 扩散杂质浓度增加， 扩散杂质浓度增加
分析
• • • • • • 正向压阻系数相等 横向压阻系数相等 剪切压阻系数相等 切应力不可能产生正向压阻效应 正向应力不可能产生剪切压阻效应 剪切应力只能在剪切应力平面内产生压 阻效应
压阻系数矩阵
0 0 π 11 π 12 π 12 0 π π 11 π 12 0 0 0 21 π 12 π 12 π 11 0 0 0 0 0 π 44 0 0 0 0 0 0 0 π 44 0 0 0 0 0 π 44 0
– π44 ≈0 ， π12 ≈ -1/2π 11、 ， 、
关于方向余弦
某晶向<x,y,z>的方向余弦为： 的方向余弦为： 某晶向 的方向余弦为
l= m= n= x x +y +z
2 2 2
= cos α = cos β = cos γ
y x +y +z
2 2 2
z x2 + y2 + z2
例1：计算（100）晶面内〈011〉 ：计算（ ）晶面内〈 〉 晶向的纵向与横向压阻系数
∴
硅压阻式充油芯体(扩散硅传感器)
一、硅压阻式充油芯体（扩散硅传感器）一般介绍：硅单晶材料在受到外力作用产生极微小应变时（一般步于400微应变），其内部原子结构的电子能级状态会发生变化，从而导致其电阻率剧烈变化（G因子突变）。
用此材料制成的电阻也就出现极大变化，这种物理效应称为压阻效应。
利用压阻效应原理，采用集成工艺技术经过掺杂、扩散，沿单晶硅片上的特点晶向，制成应变电阻，构成惠斯凳电桥，利用硅材料的弹性力学特性，在同一切硅材料上进行各向异性微加工，就制成了一个集力敏与力电转换检测于一体的扩散硅传感器。
给传感器匹配一放大电路及相关部件，使之输出一个标准信号，就组成了一台完整的变送器。
硅压阻式充油芯体（扩散硅传感器）技术特点：1、灵敏度高扩散硅敏感电阻的灵敏因子比金属应变片高50~80倍，它的满量程信号输出在80-100mv左右。
对接口电路适配性好，应用成本相应较低。
由于它输入激励电压低，输出信号大，且无机械动件损耗，因而分辨率极高。
2、精度高扩散硅压力传感器的感受、敏感转换和检测三位一体，无机械动件连接转换环节，所以重复性和迟滞误差很小。
由于硅材料的刚性好，形变小，因而传感器的线性也非常好。
因此综合表态精度很高。
3、可靠性高扩散硅敏感膜片的弹性形变量在微应变数量级，膜片最大位移量在来微米数量级，且无机械磨损，无疲劳，无老化。
平均无故障时间长，性能稳定，可靠性高。
4、频响高由于敏感膜片硅材料的本身固有频率高，一般在50KC。
制造过程采用了集成工艺，膜片的有效面积可以很小，配以刚性结构前置安装特殊设计，使传感器频率响应很高，使用带宽可达零频至100千赫兹。
5、温度性能好随着集成工艺技术进步，扩散硅敏感膜的四个电阻一致性得到进一步提高，原始的手工补偿已被激光调阻、计算机自动修整技术所替代，传感器的零位和灵敏度温度系数已达10-5/℃数量级，工作温度也大幅度提高。
6、抗电击穿性能好由于采用了特殊材料和装配工艺，扩散硅传感器不但可以做到130℃正常使用，在强磁场、高电压击穿试验中可抗击1500V/AC电压的冲击。
压阻压力传感器的主要特点
压阻压力传感器的主要特点
压阻式压力传感器是一种常见的传感器类型之一，其基本原理是通过检测压力
对薄膜或陶瓷材料的变形程度而测量所感知的压力大小。
压阻压力传感器具有以下几个主要特点：
高精度
压阻压力传感器通常具有高精度的特点，它们可以测量非常微小的压力变化，
例如，小于1kPa的压力变化。
范围广
压阻压力传感器可以应用于各种应用场景，例如，军事、医疗、工业、航空、
汽车等领域。
反应迅速
压阻压力传感器具有非常快速的响应速度，可以对瞬态压力进行准确和及时的
检测。
易于安装
压阻压力传感器的机械结构通常相对简单，安装和维护比其他类型的压力传感
器更加容易。
成本低廉
相对于其他类型的压力传感器，压阻压力传感器通常具有较低的成本，这使得
其在大规模应用中越发具有优势。
耐用性好
压阻压力传感器通常具有较好的耐用性，能够在恶劣的环境条件下长期稳定地
工作。
总之，压阻压力传感器是一种非常实用的压力传感器类型，具有高精度、范围广、反应迅速、易于安装、成本低廉、耐用性好等多种优点。
随着科技的不断进步，它们在工业、军事、医疗、航空、汽车等领域的应用将会越来越广泛，成为现代化工业的不可或缺的重要组成部分。
压阻传感器的原理与结构
2 1 5 4
－ 3 ＋
6 7
1—靶,2—阴极, 3—直流高压, 4—阳极,5—基片, 6—惰性气体入口, 7—接真空系统。
4.压阻式传感器的制造工艺
1.薄膜技术---化学气相淀积 化学气相淀积是将有待积淀物质的化合物升华成气体,与 另一种气体化合物在一个反应室中进行反应,生成固态的淀积 物质,淀积在基底上生成薄膜。
(a )
(b )
(c)
压阻式传感器的制造工艺
2.微细加工技术---表面腐蚀加工
该工艺的特点是利用称为“牺牲层”的分离层,形成各种 悬式结构。
Si3 N4 SiO2
N-Si[1 00 ] (a ) PoLy-Si Al (b ) 空气腔
(c)
(d )
5.压阻式传感器的测量电路
压阻式传感器的测量电路
压阻式压力传感器结构简图 1—低压腔 2—高压腔 3—硅杯 4—引线 5—硅膜片
2.压阻式传感器的结构
压阻式传感器的结构
压阻传感器采用集成工艺将电阻条集成在单 晶硅膜片上,制成硅压阻芯片,并将此芯片的周 边固定封装于外壳之内，引出电极引线（如 图）。压阻式压力传感器又称为固态压力传感 器，它不同于粘贴式应变计需通过弹性敏感元 件间接感受外力，而是直接通过硅膜片感受被 测压力的。图中硅膜片的一面是与被测压力连 通的高压腔，另一面是与大气连通的低压腔。 硅膜片一般设计成周边固支的圆形。在圆形硅 膜片(N型)定域扩散4条P杂质电阻条,并接成全 桥，其中两条位于压应力区，另两条处于拉应 力区，相对于膜片中心对称。
1.薄膜技术---真空蒸镀
2 1 3
4
在真空室内,将待蒸发的材料 置于钨丝制成的加热器上加热,当 真空度抽到0.0133Pa以上时,加大 钨丝的加热电流,使材料融化,继续 加大电流使材料蒸发,在基底上凝 聚成膜。
四种压力传感器的基本工作原理及特点
四种压力传感器的基本工作原理及特点四种压力传感器的基本工作原理及特点一：电阻应变式传感器一：电阻应变式传感器1 1电阻应变式传感器定义被测的动态压力作用在弹性敏感元件上，被测的动态压力作用在弹性敏感元件上，使它产生变形，使它产生变形，在其变形的部位粘贴有电阻应变片，电阻应变片感受动态压力的变化，电阻应变片感受动态压力的变化，按这种原理设计的传感器称按这种原理设计的传感器称为电阻应变式压力传感器。
为电阻应变式压力传感器。
1.2 电阻应变式传感器的工作原理电阻应变式传感器所粘贴的金属电阻应变片主要有丝式应变片与箔式应变片。
箔式应变片是以厚度为0.002——0.008mm 的金属箔片作为敏感栅材料，，箔栅宽度为0.003——0.008mm 。
丝式应变片是由一根具有高电阻系数的电阻丝(直径0．015--0．05mm)，平行地排成栅形(一般2——40条)，电阻值60——200 Ω，通常为120 Ω，牢贴在薄纸片上，电阻纸两端焊有引出线，表面覆一层薄纸，即制成了纸基的电阻丝式应变片。
制成了纸基的电阻丝式应变片。
测量时，测量时，用特制的胶水将金属电阻应变片粘贴于待测的弹性敏感元件表面上，待测的弹性敏感元件表面上，弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时，弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时，弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时，电阻片电阻片也跟随变形。
如下图所示。
B 为栅宽，L 为基长。
为基长。
材料的电阻变化率由下式决定：材料的电阻变化率由下式决定：d d d R A R A r r=+ （1） 式中；式中；R —材料电阻由材料力学知识得；由材料力学知识得； [(12)(12)]dRR C K m m e e =++-= (2) K —金属电阻应变片的敏感度系数式中K 对于确定购金属材料在一定的范围内为一常数，将微分dR 、dL 改写成增量ΔR 、ΔL,可得可得 R L K K R Le D D == (3) 由式(2)可知，可知，当弹性敏感元件受到动态压力作用后随之产生相应的变形当弹性敏感元件受到动态压力作用后随之产生相应的变形ε,而形应变值可由丝式应变片或箔式应变片测出，从而得到了ΔR 的变化，也就得到了动态压力的变化，基于这种应变效应的原理实现了动态压力的测量。