扩散硅压阻式压力传感器介绍
硅压阻式压力传感器工作原理
硅压阻式压力传感器工作原理1. 硅压阻式压力传感器概述嘿，朋友们，今天我们来聊聊硅压阻式压力传感器。
听起来有点复杂，对吧？其实说白了，就是一种用来测量压力的设备，特别适合在一些要求高精度的场合，比如汽车、飞机甚至医疗设备上。
你可能会想，压力测量有什么了不起的？其实，压力测量就像我们生活中的调味料，少了它可不行！想想，如果没有压力传感器，我们的汽车可能就像个没头苍蝇，乱窜乱撞，根本无法安全驾驶。
这玩意儿的工作原理其实也很简单，就像你在吹气球时，气球里的气压会让它鼓起来。
硅压阻式传感器就利用这种原理来检测压力变化。
它的核心材料是硅，而硅呢，又是我们这个科技时代的宠儿，无处不在。
从手机芯片到太阳能电池板，它都在默默奉献。
1.1 硅的神奇之处说到硅，它真是个神奇的东西。
硅在常温下是个很稳定的元素，这让它在各类传感器中广受欢迎。
我们常常提到的“硅谷”，其实就是因为这里聚集了很多用硅做的高科技公司。
再说了，硅的导电性也特别好，能够帮助我们轻松地转换压力信号。
这就像我们平时听音乐，耳机里发出的声音其实就是电信号的变化，硅传感器也是这个道理。
1.2 工作原理那么，这个传感器到底是怎么工作的呢？当压力作用在传感器的膜片上时，膜片会发生形变。
想象一下，像你踩在沙滩上，沙子会凹下去。
这时，传感器内部的硅元件就会感受到这种形变。
硅元件内的电阻会因为形变而发生变化。
这个变化就好比我们心情的起伏，压力大了，电阻就变小了；压力小了，电阻就变大了。
接下来，变化的电阻会被转换成电压信号，然后再通过电路输出。
就像你用手机拍照，光线通过镜头后变成了电子信号，最后展现在屏幕上。
通过这种方式，我们就能实时监测压力的变化，确保一切正常。
2. 硅压阻式传感器的应用当然，硅压阻式压力传感器可不是只能用在一个地方。
它的应用范围可广泛得很，简直是无所不能。
比如在汽车上，压力传感器能帮助我们监测轮胎压力，确保安全行驶。
谁要是开着轮胎瘪了的车，那可真是开车去约会，结果一路上都是惊心动魄的体验。
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。
实验一扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验
实验一扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验实验目的：1. 熟悉扩散硅压阻式压力传感器的工作原理和特性。
2. 了解扩散硅压阻式压力传感器的使用方法和注意事项。
3. 利用扩散硅压阻式压力传感器进行压力测量实验。
实验器材：1. 扩散硅压阻式压力传感器2. 数字万用表3. 压力泵4. 接线板、导线等实验原理：扩散硅压阻式压力传感器是利用扩散硅作为敏感元件的压力传感器。
当扩散硅受到外界压力作用时，会产生微小的形变，从而改变扩散硅的电阻值。
通过电路对电阻值的变化进行放大和处理，最终转换成电压信号作为输出，实现压力的测量。
实验步骤：1. 将扩散硅压阻式压力传感器连接到接线板上，注意仔细阅读连接图并正确连接。
2. 将数字万用表连上扩散硅压阻式压力传感器的输出端口，选择电压测量档位，并将数显切换为直流电压。
3. 将压力泵连接到扩散硅压阻式压力传感器的压力输入端口，打开压力泵。
4. 按照设定步骤开始进行实验，观察和记录压力泵的压力输出值以及扩散硅压阻式压力传感器的电压输出值。
5. 在测量结束后，关闭压力泵，并将扩散硅压阻式压力传感器从电路中拆开。
实验结果分析：通过扩散硅压阻式压力传感器测量实验，我们能够得出被测压力值和输出电压值之间的关系。
由于具有较好的灵敏度和稳定性，扩散硅压阻式压力传感器被广泛应用于压力测量领域，如航空、采矿、化工、医疗等领域。
注意事项：1. 在进行实验前，必须确认设备和电路是否连接正确，避免短路或其他故障发生。
2. 在使用压力泵时，应注意安全防范措施，避免压力泵爆炸等危险事件发生。
3. 在电路连接和处理信号时，应注意干扰和噪声的影响，保证测量精度的准确性。
4. 在实验过程中，如有异常情况发生应及时停止实验，并排除故障，确保实验结果可靠有效。
实验二扩散硅压阻式传感器模块d1
实验二扩散硅压阻式压力传感器实验模块2.1实验目的：实验 2.1.1：了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。
工作原理：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。
转换原理：在具有压阻效应的半导体材料上用扩散或离子注入法，，形成4个阻值相等的电阻条。
并将它们连接成惠斯通电桥，电桥电源端和输出端引出，用制造集成电路的方法封装起来，制成扩散硅压阻式压力传感器。
平时敏感芯片没有外加压力作用，内部电桥处于平衡状态，当传感器受压后芯片电阻发生变化，电桥将失去平衡，给电桥加一个恒定电压源，电桥将输出与压力对应的电压信号，这样传感器的电阻变化通过电桥转换成压力信号输出。
压阻效应: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（见电阻应变计），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（应变），而且前者的灵敏度比后者大50～100倍。
实验 2.1.2：了解利用压阻式压力传感器进行差压测量的方法。
2.2实验设备和元件：2.2.1 实验设备：实验台所属各分离单元和导线若干。
2.2.2 其他设备：2号扩散压阻式压力传感器实验模块，14号交直流，全桥，测量，差动放大实验模块，数显单元20V，直流稳压源+5V，+_12V电源。
2.3实验内容：2.3.1扩散压阻式压力传感器一般介绍：单晶硅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）。
扩散硅压力传感器工作原理
扩散硅压力传感器工作原理
硅压力传感器是一种基于硅材料的传感器，用于测量压力。
其工作原理基于压力对硅芯片的变形产生的电阻变化。
硅压力传感器的核心部件是一个薄膜型硅压阻元件，通常由硅晶圆加工而成。
该元件由两层硅薄膜组成，上层为引压膜，下层为探测膜。
当外界施加压力作用在传感器上时，引压膜和探测膜之间的硅材料会产生一定程度的变形。
这种变形会改变硅材料的电阻特性，从而使得传感器的输出信号发生变化。
硅压力传感器通常采用电桥测量电路将这个电阻变化转化为电压输出。
通过对电桥进行精确的电压测量，就可以实现对外界压力的准确测量。
硅压力传感器的灵敏度和稳定性主要取决于硅材料的特性以及传感器的制造工艺。
传感器内部通常还会加入温度补偿电路，以消除温度对测量结果的影响。
另外，传感器还需要进行标定和校准，以确保其测量结果的准确性和可靠性。
总结来说，硅压力传感器通过测量硅芯片在压力作用下的变形，利用电桥测量电路将其转化为电压输出，实现对压力的测量。
它具有高灵敏度、稳定性好等特点，广泛应用于工业控制、汽车、医疗设备等领域。
实验三扩散硅压阻式压力传感器实验
北京XXX大学实验报告课程（项目）名称：实验三扩散硅压阻式压力传感器实验学院：专业：班级：学号：姓名：成绩：2013年12月10日一、任务与目的了解扩散硅压阻式压力传感器的工作原理和工作情况。
二、实验仪器（条件）所需单元及部件：主、副电源、直流稳压电源、差动放大器、F/V显示表、压阻式传感器(差压)旋钮初始位置：直流稳压电源±4V档，F/V表切换开关置于2V档，差放增益适中或最大，主、副电源关闭。
三、原理（条件）扩散硅压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应制成的器件，也就是在单晶硅的基片上用扩散工艺(或离子注入及溅射工艺)制成一定形状的应变元件，当它受到压力作用时，应变元件的电阻发生变化，从而使输出电压变化。
四、内容与步骤（1）了解所需单元、部件、传感器的符号及在仪器上的位置。
（见附录三）(2) 如图３０A将传感器及电路连A(3) 如图３０B图３０B(5) 将加压皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝拧松。
（6）开启主、副电源，调整差放零位旋钮，使电压表指示尽可能为零，记下此时电压表读数(7) 拧紧皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝，轻按加压皮囊，电压表有压力指示时，记下此时的读数，并将数据填入表格中记录。
注：根据所得的结果计算系统灵敏度S= ΔV／ΔP，并作出V-P关系曲线，找出线性区域。
五、数据处理（现象分析）（1）拧紧皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝，轻按加压皮囊，电压表的读数随压力的变化如下表：（2）根据所得的结果计算系统灵敏度S= ΔV／ΔP，并作出V-P关系曲线，找出线性区域。
六、结论通过实验进一步了解了扩散硅压阻式压力传感器的工作原理，并且观察了实过程中的工作状况，通过对实验数据的整理计算，得出实验仪器的灵敏度为S=92.35 V/Kpa。
扩散硅压阻式压力传感器实验报告
扩散硅压阻式压力传感器实验报告一、实验目的本次实验的目的是通过对扩散硅压阻式压力传感器的研究，掌握其工作原理、特点和应用范围，并通过实验验证其性能指标。
二、实验原理1. 扩散硅压阻式压力传感器的工作原理扩散硅压阻式压力传感器是利用硅材料在外加电场下产生变形的特性来测量被测物体所受压力大小的一种传感器。
当被测物体施加一定大小的压力时，它们会在传感器表面产生微小变形，这种变形会影响到硅片上薄膜电阻值的大小，从而使得输出电信号发生变化。
2. 扩散硅压阻式压力传感器的特点（1）精度高：由于扩散硅压阻式压力传感器采用了先进制造技术和精密校准方法，因此其精度非常高。
（2）灵敏度高：由于硅材料具有较好的弹性和刚度，因此扩散硅压阻式压力传感器对被测物体所受小范围内的压力变化非常敏感。
（3）稳定性好：扩散硅压阻式压力传感器采用了先进的温度补偿技术，因此其在不同温度下的测量结果非常稳定。
3. 扩散硅压阻式压力传感器的应用范围扩散硅压阻式压力传感器广泛应用于汽车、航空航天、机械制造、医疗仪器等领域。
例如，在汽车制造中，扩散硅压阻式压力传感器可以用于测量发动机油路和燃油路的油压；在医疗仪器中，扩散硅压阻式压力传感器可以用于测量人体血液和气体等生物参数。
三、实验步骤1. 准备工作（1）检查实验设备是否完好无损，并按照实验要求进行连接；（2）检查被测物体是否符合实验要求，并将其放置在实验台上。
2. 连接电路将扩散硅压阻式压力传感器与电源和示波器连接起来。
其中，电源可以为恒流源或者恒压源，示波器用于观察输出电信号。
3. 施加压力将被测物体放置在扩散硅压阻式压力传感器上，并施加一定大小的压力。
此时，传感器会产生微小变形，导致输出电信号发生变化。
4. 观察实验结果通过示波器观察输出电信号的变化情况，并记录下实验结果。
根据实验结果，可以计算出被测物体所受的压力大小。
四、实验结果分析本次实验中我们使用了扩散硅压阻式压力传感器来测量被测物体所受的压力大小。
《传感器原理及应用》扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验报告
《传感器原理及应用》扩散硅压阻式压力传感器的压力测
量实验报告
1.实验功能要求
了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理与方法。
2.实验所用传感器原理
压阻压力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。
它又称为扩散硅压阻压力传感器，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。
3.实验电路
4.实验过程
1.按图10-2接好“差动放大器”与“电压放大器”，“电压放大器”输出端接数显直流电压表，选择20V档，打开直流开关电源。
2.调节“差动放大器”与“电压放大器”的增益调节电位器到适当位置并保持不动，用导线将“差动放大器”的输入端短接，然后调节调零电位器使直流电压表20V档显示为零。
3.取下短路导线，并按图10-2连接“压力传感器”与“分压器”。
4.气室的活塞退回到刻度“17”的小孔后，使气室的压力相对大气压均为0，气压计指在“零”刻度处，将“压力传感器”的输出接到差动放大器的输入端，调节Rw1使直流电压表20V档显示为零。
5.增大输入压力到0.01MPa，每隔0.005Mpa记下“电压放大器”输出的电压值U。
直到压强达到0.095Mpa；填入表。
5.实验结果
绘制P1-Uo2曲线：
y=p1*x+p2
P1=110.3
P2=0.87657
由图读出m=0.392
故灵敏度S=△U/ΔP =P1=110.3v/kp
非线性误差δf=(0.392/11.4)X100%=3.5%。
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扩散硅压阻式压力传感器内部结构图 • 扩散硅压阻式压力传感器内部结构图如下：
扩散硅压阻式压力传感器压力类型
• 扩散硅压阻式压力传感器压力类型：
普通表压 Gage(G) 密封表压 Sealed(S) 真空表压 Vacuum Gage(V) 差压 Differential(D) 绝压 Absolute(A)
爆破压力 2500 5000 10000 10000 10000
扩散硅压阻式压力传感器技术指标
扩散硅压阻式压力传感器技术指标：
供电：L型典型值为1.5mA，最大值为2mA K型典型值为10V ，最大值为15V
零位输出：典型值0mV，输出范围±2mV 满度输出：典型值100mV，输出范围98mV～102mV 非线性： ±0.1% 迟滞： ±0.015% 重复性：0.01% 响应时间：0.1mS 寿命：最少100万次循环 补偿温度范围：0～82℃
扩散硅压阻式压力传感器压力类型介绍Ⅰ
• 普通表压 Gage(G) • 真空表压 Vacuum Gage(V)
普通表压和真空表压的测量参考点皆为当地 大气压，不同的是普通表压只能测量高于大气压 的压力（正压），而真空表压既能测量高于大气 压的压力（正压），亦能测量低于大气压的压力 （负压）。其测量原理如右图所示：
扩散硅压阻式压力传感器选型
✓ 测量多大的压力？ ✓ 测量的压力形式？ （G、S、V、D、A） ✓ 介质是什么？(气体/液体/蒸汽) ✓ 精度要求？ ✓ 工作温度范围? ✓ 供电方式？ （K/L） ✓ 如何和电子系统相连 ？ (什么样的输出) ✓ 结构形式？
扩散硅压阻式压力传感器压力单位
各种压力单位之间的换算：
扩散硅压阻式压力传感器指标介绍
非线性
Vo
在期望压力范围 传感器输出曲线与一 拟合直线的偏差。
用满量程的 %表示
Actual Best fit line
P
• 迟滞：在同一试验点当被测量值增加和减少时输出中出现
的最大差值为迟滞。
• 重复性：在所有下述条件（相同测量方法、相同观测者、
相同测量仪器、相同地点、相同使用条件和在短时期内的 重复）下对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的 符合程度为重复性。
150 300 600 900 1200
爆破压力 15 25 50 75 150 250 500
1000 1500 2400
扩散硅压阻式压力传感器量程Ⅱ
13系列不锈钢传感器（单位：PSI）
额定量程 0-500 0-1000 0-2000 0-3000 0-5000
最大工作压力 1500 3000 6000 9000 10000
• 响应时间：在0psi到FSS压力变化中，从10%上升到90%
所用的时间。
• 相应频率：响应时间的倒数。
扩散硅压阻式压力传感器量程Ⅰ
19系列不锈钢传感器（单位：PSI）
额定量程 0-3 0-5 0-10 0-15 0-30 0-50
0-100 0-200 0-300 0-500
最大工作压力 9 15 30 45 90
扩散硅压阻式压力传感器压力类型介绍Ⅳ
• 绝压 Absolute(A)
密封表压的测量参考点为真空，即绝压传感器 的背压腔为真空。其测量原理如右图所示：
优点：同真空表压一样可以测量负压，但绝压传感 器不需要外接导气管，使用方便。并且绝压 传感器的输出信号为单极性，处理相对容易。
缺点：小量程绝压传感器受大气压影响较大。
Atm（标准大气压） = 101.325kPa 1MPa = 1000kPa 1kPa = 1000Pa
1psi = 6.8946kPa ≈ 7kPa 1bar = 100kPa 1mH2O = 9.80665kPa ≈ 10kPa 1in.H2O = 248.22Pa ≈ 250Pa 1mmHg = 133.322Pa 1kg / cm2 = 98.0665kPa ≈ 100kPa
淄博飞雁先行测控技术有限公司
扩散硅压阻式压力传感器介绍
扩散硅压阻式压力传感器工作原理
• 扩散硅压阻式压力传感器工作原理：
被测介质的压力直接作用于传感器 的不锈钢膜片上，使膜片产生与介质压 力成正比的微位移，从而使传感器的电 桥电阻值发生变化，利用电子线路检测 这一变化，并转换输出一个对应于这一 压力的标准电压信号。
会对传感器的输出产生一定的影响。
扩散硅压阻式压力传感器压力类型介绍Ⅲ
• 差压 Differential(D)
差压是测量两个压力的差值，此类传感器有两个 引压腔，通常被称为正压腔（高压腔）和负压腔（低 压腔），当负压腔通大气时，其功能同表压传感器。 其测量原理如右图所示：
优点：可以允许较高的共模压力。 缺点：使用及维护稍复杂。
优点：不受大气压的影响，测量准确。 缺点：需要外接导气管，对环境要求较高，另外
真空表压传感器的输出信号为双极性，所以信号处理较复杂。
扩散硅压阻式压力传感器压力类型介绍Ⅱ
• 密封表压 Sealed(S)
密封表压的测量参考点为背压腔里的密封标准 大气压。其测量原理如右图所示：
优点：不需要外接导气管，使用方便。 缺点：当标定地点和使用地点的大气压差别较大时，