压阻式传感器经典课件
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电阻式传感器精品PPT课件
6. 理解应变式传感器的结构设计及应用
2
3
概述
电阻应变式传感器——利用电阻应变片将应变转换为电阻变
化的传感器。 主要用途——测量力、力矩、压力、加速度、重量等。
4
电阻应变式传感器的工作原理
将电阻应变片粘贴在弹性元件特 定表面上，当力、扭矩、速度、加速度 及流量等物理量作用于弹性元件时，会 导致元件应力和应变的变化，进而引起 电阻应变片电阻的变化。电阻的变化经 电路处理后以电信号的方式输出。
6
设有一段长为L，截面积为A，电阻率为ρ的导 体(如金属丝)，它具有的电阻为
L
2r 2(r-dr)
F
F
R l
A
L+dL
ρ:电阻系数 l:金属导线长度 A:金属导线截面积
当它受到轴向力F而被拉伸(或压缩)时，其L、A和ρ
均发生变化。
7
R l
A
两边取对数：ln R ln L ln A ln
两边微分：dR d dA dl R Al
16
敏基粘感底结栅—剂——固— —定应 用敏变 粘感片 结栅中剂，最分并重别使要把敏的盖感部层和栅分敏与，感弹由栅性某固种 元结金 件于属 相基细 互底丝 绝；绕 缘在成 ； 栅应使形变用。计应应工变变作计计 时 时中 ， ，实 基 用现底粘应起结变着剂把把-电试应阻件变转应计换变基的准底敏确 再感地 粘元传 贴件递 在。给 试敏敏 件感感 表栅栅 面 合的的金作被材用测料，部的为位选 此 ，择 基 因对 底 此所必粘制须结造很剂的薄也电，起阻一着应般传变为递计应0.0性 变2～能 的0的 作.04好 用m坏 。m起。着常决 定性的作用。
——为金属材料的泊松比
d/ —金属丝电阻率的相对变化量
代入
2
3
概述
电阻应变式传感器——利用电阻应变片将应变转换为电阻变
化的传感器。 主要用途——测量力、力矩、压力、加速度、重量等。
4
电阻应变式传感器的工作原理
将电阻应变片粘贴在弹性元件特 定表面上，当力、扭矩、速度、加速度 及流量等物理量作用于弹性元件时，会 导致元件应力和应变的变化，进而引起 电阻应变片电阻的变化。电阻的变化经 电路处理后以电信号的方式输出。
6
设有一段长为L，截面积为A，电阻率为ρ的导 体(如金属丝)，它具有的电阻为
L
2r 2(r-dr)
F
F
R l
A
L+dL
ρ:电阻系数 l:金属导线长度 A:金属导线截面积
当它受到轴向力F而被拉伸(或压缩)时，其L、A和ρ
均发生变化。
7
R l
A
两边取对数：ln R ln L ln A ln
两边微分：dR d dA dl R Al
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敏基粘感底结栅—剂——固— —定应 用敏变 粘感片 结栅中剂，最分并重别使要把敏的盖感部层和栅分敏与，感弹由栅性某固种 元结金 件于属 相基细 互底丝 绝；绕 缘在成 ； 栅应使形变用。计应应工变变作计计 时 时中 ， ，实 基 用现底粘应起结变着剂把把-电试应阻件变转应计换变基的准底敏确 再感地 粘元传 贴件递 在。给 试敏敏 件感感 表栅栅 面 合的的金作被材用测料，部的为位选 此 ，择 基 因对 底 此所必粘制须结造很剂的薄也电，起阻一着应般传变为递计应0.0性 变2～能 的0的 作.04好 用m坏 。m起。着常决 定性的作用。
——为金属材料的泊松比
d/ —金属丝电阻率的相对变化量
代入
第2章-压阻式传感器(课件)
卸载
变
Δε
实验之前应将试件预先加、卸载 εi
若干次，以减少因机械滞后所产
加载
生的实验误差。
Δε1
机械应变ε
应变片的机械滞后
（五）零点漂移和蠕变
对于粘贴好的应变片，当温度恒定时，不承受应变时，其 电阻值随时间增加而变化的特性，称为应变片的零点漂移。
产生原因：敏感栅通电后的温度效应；应变片的内应力逐 渐变化；粘结剂固化不充分等。
数β、应变灵敏系数K都相同，两片的初始电阻值也要求相 同； ② 用于粘贴补偿片的构件和粘贴工作片的试件二者材料必须相 同，即要求两者线膨胀系数相等； ③ 两应变片处于同一温度环境中。
电桥补偿法
优点：
简单、方便，在常温下补偿效果较好
缺点：
在温度变化梯度较大的条件下，很难做到工作 片与补偿片处于温度完全一致的情况，因而影 响补偿效果。
R2 R1
补偿应变片粘贴示意图
当被测试件不承受应变时，R1和R2处于同一温度场，调 整电桥参数，可使电桥输出电压为零，即
USC AR1R4 R2R3 0
上式中可以选择R1=R2=R及R3=R4=R′。
当温度升高或降低时，若ΔR1t=ΔR2t，即两个应变片的热 输出相等，由上式可知电桥的输出电压为零
金属丝式应变片
引出线—与外部电路相连连接测量导线之用 覆盖层
基片—中间介质和绝缘作用 0.025mm电阻丝-栅状电阻 体-(敏感栅)
构成的应变片再通过黏结剂与感受 被测物理量的弹性体黏结。
金属电阻丝应变片的基本结构图
对于金属电阻应变片，材料电阻率随应变产生的变化很小， 可忽略
R (10
当被测试件的线膨胀系数βg已知时，通过选择敏感栅材料， 使下式成立
压阻式压力传感器PPT课件
38
4.1.2 常用压力检测仪表
特点：体积小，结构简单，工作可靠；测量精度较高；频 率响应高，但由于压电元件存在电荷泄漏，故不适宜测量缓 慢变化的压力和静态压力。
39
4.1.2 常用压力检测仪表
（5）电容式压力传感器
电容式压力传感器采用变电容测量原理，根据平行板电容器
30
4.1.2 常用压力检测仪表
分析：四片应变片接成全 桥。当没有压力作用时， 电桥是平衡的；当有压力 作用时，应变筒产生形变， 工作应变片电阻变化，电 桥失去平衡，产生与压力 变化相应的电压输出。
31
4.1.2 常用压力检测仪表
图4-11所示为平膜片式压力传感器结构，其上粘贴有如图412(a)所示的箔式组合应变片。
4
4.1.1压力的基本概念
压力是工业生产过程中重要的工艺参数之一，正确地测量和 控制压力是保证工业生产过程良好地运行，达到高产优质低 耗及安全生产的重要环节。
1. 压力的定义
压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力，即物理学中常 称的压强。工程上，习惯把压强称为压力。由此定义，压力 可表示为:
pF S
特点：比较简单，有较好的线性，但滑动触点会有磨损， 可靠性较差。
23
4.1.2 常用压力检测仪表
图4-6(b)为霍尔元件式，其转换原理基于半导体材料的霍尔效 应。当压力为零时，因霍尔元件处于方向相反的两对磁极间 隙中的面积相等，故没有霍尔电势产生。当压力变化时，霍 尔元件被弹性元件自由端带动在磁场中移动而使其处在两对 磁极中的面积不相等，则霍尔元件在垂直于磁场和电流方向 的另两侧将产生霍尔电势，此输出电势与自由端位移大小对 应，即与被测压力值相对应。
它由弹性敏感元 件—测压波纹管、 杠杆、差动电容 变换器、伺服放 大器A、伺服电机 M、减速器和反 馈弹簧等元部件 组成。
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
∴
压阻应变片式压力传感器28页PPT
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
压阻应变片式压力传感器
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
压阻式传感器 ppt课件
半导体单晶的应变灵敏系数可表示
K
R /
R
lE
半导体的应变灵敏系数还与掺杂浓度有关，它随杂质的增加而 减小
ppt课件
4
1.2 压敏电阻分类
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。
基座
扩散电阻
a
ppt课件
应变梁
14
质量块
5. 压阻式传感器的测量电路
5.1 压阻式传感器的测量电路
（1）恒压源供电
假设四个扩散电阻的起始阻值都相等且为R，当有应力作用时，两 个电阻的阻值增加，增加量为DR，两个电阻的阻值减小，减小量为 -DR；另外由于温度影响，使每个电阻都有DRT的变化量。根据图，
ppt课件
5
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。
①普通型:它适合于一般应力测量； ②温度自动补偿型：它能使温度引起的导致应变电阻变化的各种因 素自动抵消，只适用于特定的试件材料； ③灵敏度补偿型：通过选择适当的衬底材料（例如不锈钢），并采 用稳流电路，使温度引起的灵敏度变化极小； ④高输出（高电阻）型：它的阻值很高（2～10千欧）,可接成电桥 以高电压供电而获得高输出电压，因而可不经放大而直接接入指示仪表。 ⑤超线性型:它在比较宽的应力范围内,呈现较宽的应变线性区域， 适用于大应变范围的场合； ⑥P-N组合温度补偿型:它选用配对的P型和N型两种转换元件作为电 桥的相邻两臂，从而使温度特性和非线性特性有较大改善。
压阻式传感器ppt课件
传
r
法线式：
感
x
器 x cos y cos z cos p
法线 长度
cosα,cosβ,cosγ－法线的方向余弦
10
ppt课件10
第
密勒指数
13
章
x cos y cos z cos 1
p
p
p
压
x y z 1 rst
阻
cos : cos : cos 1 : 1 : 1
阻
i
jk
式
C A B h1 k1 l1
传
h2 k2 l2
感 器
C
i
k1
l1 j h1
l1 k h1
k1
k2 l2
h2 l2
h2 k2
16 ppt课件16
第 例：求与两晶向都垂直的第三晶向
13
章
已知：A 110
B 001
压 阻
已知：
A
111
B 110
第
§13.3 压阻系数
13
章
一、单晶硅的压阻系数
压 阻 式 传 感 器
1
ppt课件19
3
σ33
σ31 σ13
σ32
σ12 σ21
σ11
σ23 σ22
2
19
第
材料阻值变化
13
章
广义：
＝E
压
•六个独立的应力分量：
阻
式
1, 2, 3, 4, 5, 6
传 •六个独立的电阻率的变化率：
传 4、P型硅和N型硅的区别是什么？
感 5、压阻系数受哪些因素的影响？
第8章：压阻式传感器
R s lp l s t p t s t p l s r p t R t
在 0 1 1 晶向，纵向和横向压阻分别系数为（R1所在晶向） 1 1 1 1 p l p11 p12 p 44 p 44 p p p p p 44 2 2 t 11 12 44 2 2 在<011>晶向，纵向和横向压阻系数为 （R2所在晶向）
8.3
压阻系数
应力作用在单晶硅上，由于压阻效应，硅晶体的电阻发生变化。电阻 的相对变化与应力的关系如下式所示。在正交坐标系统，坐标轴与晶轴一致 时，有 R p ls l p t s t p s s s R
式中 sl ——纵向应力，注意为L而不是1； st ——横向应力； ss ——与纵向应力和横向应力垂直的应力。 pl ——纵向压阻系数； pt ——横向压阻系数； ps ——与纵向和横向垂直的压阻系数。 由于ss一项比st 和sl 小很多一般略去。pl表示应力作用方向与通过压阻元 件的电流方向一致， pt 表示应力作用的方向与通过压阻元件的电流方向垂直。
当硅晶体的晶轴与立方晶体晶轴有偏离时，电阻的变化率表示为
R p ls l p R
t
st
在此情况下，式中的pl、pt 值可用p11、p12、p44表示为
2 2 2 2 2 p l p 11 2p 11 p 12 p 44 l12 m1 n1 l1 m1 n1
h
(a)
(c)
1．扩散电阻条值及位置的确定 在<001>晶向的N型圆形硅膜片上，如图所示。沿<011>与二 晶向利用扩散的方法扩散出四个 P型电阻，则<011>晶向的二个径 向电阻与晶向的二个切向电阻阻值的变化率分别为
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测量准确度受到非线性和温度的影响。 智能压阻式压力传感器利用微处理器对 非线性和温度进行补偿。
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（3） 测量桥路及温度补偿
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，影响传感器的 准确性。
减少与补偿误差措施
1. 测量电桥 2. 零点温度补偿 3. 灵敏度温度补偿
温度变化而变化，将引起零漂和灵敏度漂移
VD
零
漂 扩散电阻值随温度变化
Rp
灵敏度漂移 压阻系数随温度变化
R1 R2 Rs
解决方法：
U
R3 R4
零 位 温 漂 串、并联电阻
灵敏度温漂 串联二极管
U0
串联电阻Rs起调零作用
并联电阻RP起补偿作用
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3 . 灵敏度温度补偿
补偿灵敏度漂移原理： 温度升高时，灵敏度降低，这时如果提 高电源电压，使电桥输出适当增大，便 可达到补偿目的。 温度升高时，二极管压降降低，可使电 桥电源电压提高，关键是适当选择串联 二极管的个数。
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二、 压阻式压力传感器原理和电路
• (1) 体型半导体应变片 • (2) 扩散型压阻式压力传感器 • (3) 测量桥路及温度补偿
（1）体型半导体电阻应变片
1. 结构型式及特点 2. 测量电路
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1. 结构型式及特点
主要优点是灵敏系数比金属电阻应变片的灵敏系数大数十倍 横向效应和机械滞后极小 温度稳定性和线性度比金属电阻应变片差得多
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体型半导体应变片的结构形式
1-P型单晶硅条 2-内引线 3-焊接电极 4-外引线
对于恒压源电桥电路，考虑到环境温度变化的 影响，其关系式为：
Uo
U R R RT
2. 测量电路
恒压源
U 0 UR /(R Rt )
电桥输出电压与ΔR / R成正比，输出电压受环境温度的影
三、压阻式传感器的应用
1. 扩散型压阻式压力传感器 2. 差频压阻式压力传感器 3. 压阻式加速度传感器
1. 扩散型压阻式压力传感器
1-低压腔 2-高压腔 3-硅杯 4-引线 5-硅膜片
在膜片位移量远小于膜片的厚度时，受均匀压力的圆形硅膜
片上各点的径向应力 r和切向应力 t ,可分别用下式计算:
r
3P 8h2
[(1
)r02
(3
)r 2 ]
t
3P 8h2
[(1
)r02
(1
3)r2 ]
优点：
扩散型压阻式压力传感器的主要优点就 是体积小、结构简单，动态相应好，灵 敏度高，滞后、蠕变小，频率相应高， 性能稳定，成本低，便于批量生产。
2、投入式液位传感器
投入式液位传感器是一种测量液位的压 力传感器，基于所测液体静压与该液体 的高度成比例的原理，采用隔离型扩散 硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器， 将静压转换为电信号，再经过温度补偿 和线性修正，转化成标准电信号，一般 适用于石油化工、冶金、电力、制药、 供排水、环保等系统和行业的各种介质 的液位测量。
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1. 测量电桥
假设ΔRT为温度引起的电阻变化
I ABC
I ADC
1 2
I
电桥的输出为
U0 U BD
1 2
I
(R
R
RT
)
1 2
I
(R
R
RT
)
恒流源供电的全桥差动电路 IR
电桥的输出电压与电阻变化成正比，与恒流源电流成正比， 但与温度无关，因此测量不受温度的影响。
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2.温度漂移及其补偿
压阻式传感器的灵敏系数大，分辨率高。
频率响应高，体积小。它主要用于测量压 力、加速度和载荷等参数。
因为半导体材料对温度很敏感，因此压阻
式传感器的温度误差较大，必须要有温度
补偿。 返回
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Байду номын сангаас 压阻效应
R (1 2)
R
金属材料 半导体材料
半导体电阻率
＝
l
lE
l l
πl为半导体材料的压阻系数，它与半导体材料种类及应力方向 与晶轴方向之间的夹角有关；
1、用静压测量原理
当液位变送器投入到被测液体中某一深度时， 传感器迎液面受到的压力公式为： Ρ = ρ .g.H + Po
P 变送器迎液面所受压力，ρ被测液体密度 g 当地重力加速度 Po ：液面上大气压 H ：变送器投入液体的深度
应用案例
1.游泳池
液位传感器是一种用来测水深的传感器，液位传感 器中使用得最多的就是投入式液位传感器，投入式液 位传感器具有体积小，精度高，便于安装的特点。近 年来游泳馆飞速发展，为了自动控制游泳池的水深和 确保游泳者的安全，我们可以使用投入式液位传感器。
响。R为应变片阻值， ΔR为应变片阻值变化， ΔRt为环境 温度变化受环境温度引起阻值的变化
恒流源
U 0 I R
电桥输出电压与ΔR成正比，环境温度的变化对其没有影响。
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（2） 扩散型压阻式压力传感器
采用N型单晶硅为传感器弹性元件，在它 上面直接蒸镀半导体电阻应变膜片。
工作原理： 膜片两边存在压力差时，膜片产生变形，膜片上各点 产生应力。 四个电阻在应力作用下，阻值发生变化，电桥失去平衡， 输出相应的电压，电压与膜片两边的压力差成正比。
压阻式传感器经典课件
• 一、 半导体的压阻效应 • 1 压阻式压力传感器原理和电路
• (1) 体型半导体应变片 • (2) 扩散型压阻式压力传感器 • (3) 测量桥路及温度补偿 • 2 压阻式传感器的应用
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一 半导体的压阻效应
固体受到作用力后，电阻率就要发生变化， 这种效应称为压阻效应
半导体材料的压阻效应特别强。
E为半导体材料的弹性模量，与晶向有关。
R R
(1
2
l
E)
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对半导体材料而言，πl E >>(1+μ)，故(1+μ)项可以忽略
R R
l
E
l
半导体材料的电阻值变化，主要是由电阻率变化引起的
，而电阻率ρ的变化是由应变引起的 半导体单晶的应变灵敏系数可表示
K
R /
R
lE
半导体的应变灵敏系数还与掺杂浓度有关，它随杂质 的增加而减小
四个电阻的配置位置：
按膜片上径向应力σr和切向应力σt的分布情况确定。
r
3p 8h 2
[(1
)r02
(3
)r 2 ]
t
3p 8h 2
[(1
)r02
(1
3)r 2 ]
设计时，适当安排电阻的位置，可以组成差动电桥。
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扩散型压阻式压力传感器 特点
优点: 体积小，结构比较简单，动态响应 也好，灵敏度高，能测出十几帕的微压， 长期稳定性好，滞后和蠕变小，频率响 应高，便于生产，成本低。
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（3） 测量桥路及温度补偿
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，影响传感器的 准确性。
减少与补偿误差措施
1. 测量电桥 2. 零点温度补偿 3. 灵敏度温度补偿
温度变化而变化，将引起零漂和灵敏度漂移
VD
零
漂 扩散电阻值随温度变化
Rp
灵敏度漂移 压阻系数随温度变化
R1 R2 Rs
解决方法：
U
R3 R4
零 位 温 漂 串、并联电阻
灵敏度温漂 串联二极管
U0
串联电阻Rs起调零作用
并联电阻RP起补偿作用
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3 . 灵敏度温度补偿
补偿灵敏度漂移原理： 温度升高时，灵敏度降低，这时如果提 高电源电压，使电桥输出适当增大，便 可达到补偿目的。 温度升高时，二极管压降降低，可使电 桥电源电压提高，关键是适当选择串联 二极管的个数。
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二、 压阻式压力传感器原理和电路
• (1) 体型半导体应变片 • (2) 扩散型压阻式压力传感器 • (3) 测量桥路及温度补偿
（1）体型半导体电阻应变片
1. 结构型式及特点 2. 测量电路
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1. 结构型式及特点
主要优点是灵敏系数比金属电阻应变片的灵敏系数大数十倍 横向效应和机械滞后极小 温度稳定性和线性度比金属电阻应变片差得多
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体型半导体应变片的结构形式
1-P型单晶硅条 2-内引线 3-焊接电极 4-外引线
对于恒压源电桥电路，考虑到环境温度变化的 影响，其关系式为：
Uo
U R R RT
2. 测量电路
恒压源
U 0 UR /(R Rt )
电桥输出电压与ΔR / R成正比，输出电压受环境温度的影
三、压阻式传感器的应用
1. 扩散型压阻式压力传感器 2. 差频压阻式压力传感器 3. 压阻式加速度传感器
1. 扩散型压阻式压力传感器
1-低压腔 2-高压腔 3-硅杯 4-引线 5-硅膜片
在膜片位移量远小于膜片的厚度时，受均匀压力的圆形硅膜
片上各点的径向应力 r和切向应力 t ,可分别用下式计算:
r
3P 8h2
[(1
)r02
(3
)r 2 ]
t
3P 8h2
[(1
)r02
(1
3)r2 ]
优点：
扩散型压阻式压力传感器的主要优点就 是体积小、结构简单，动态相应好，灵 敏度高，滞后、蠕变小，频率相应高， 性能稳定，成本低，便于批量生产。
2、投入式液位传感器
投入式液位传感器是一种测量液位的压 力传感器，基于所测液体静压与该液体 的高度成比例的原理，采用隔离型扩散 硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器， 将静压转换为电信号，再经过温度补偿 和线性修正，转化成标准电信号，一般 适用于石油化工、冶金、电力、制药、 供排水、环保等系统和行业的各种介质 的液位测量。
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1. 测量电桥
假设ΔRT为温度引起的电阻变化
I ABC
I ADC
1 2
I
电桥的输出为
U0 U BD
1 2
I
(R
R
RT
)
1 2
I
(R
R
RT
)
恒流源供电的全桥差动电路 IR
电桥的输出电压与电阻变化成正比，与恒流源电流成正比， 但与温度无关，因此测量不受温度的影响。
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2.温度漂移及其补偿
压阻式传感器的灵敏系数大，分辨率高。
频率响应高，体积小。它主要用于测量压 力、加速度和载荷等参数。
因为半导体材料对温度很敏感，因此压阻
式传感器的温度误差较大，必须要有温度
补偿。 返回
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Байду номын сангаас 压阻效应
R (1 2)
R
金属材料 半导体材料
半导体电阻率
＝
l
lE
l l
πl为半导体材料的压阻系数，它与半导体材料种类及应力方向 与晶轴方向之间的夹角有关；
1、用静压测量原理
当液位变送器投入到被测液体中某一深度时， 传感器迎液面受到的压力公式为： Ρ = ρ .g.H + Po
P 变送器迎液面所受压力，ρ被测液体密度 g 当地重力加速度 Po ：液面上大气压 H ：变送器投入液体的深度
应用案例
1.游泳池
液位传感器是一种用来测水深的传感器，液位传感 器中使用得最多的就是投入式液位传感器，投入式液 位传感器具有体积小，精度高，便于安装的特点。近 年来游泳馆飞速发展，为了自动控制游泳池的水深和 确保游泳者的安全，我们可以使用投入式液位传感器。
响。R为应变片阻值， ΔR为应变片阻值变化， ΔRt为环境 温度变化受环境温度引起阻值的变化
恒流源
U 0 I R
电桥输出电压与ΔR成正比，环境温度的变化对其没有影响。
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（2） 扩散型压阻式压力传感器
采用N型单晶硅为传感器弹性元件，在它 上面直接蒸镀半导体电阻应变膜片。
工作原理： 膜片两边存在压力差时，膜片产生变形，膜片上各点 产生应力。 四个电阻在应力作用下，阻值发生变化，电桥失去平衡， 输出相应的电压，电压与膜片两边的压力差成正比。
压阻式传感器经典课件
• 一、 半导体的压阻效应 • 1 压阻式压力传感器原理和电路
• (1) 体型半导体应变片 • (2) 扩散型压阻式压力传感器 • (3) 测量桥路及温度补偿 • 2 压阻式传感器的应用
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一 半导体的压阻效应
固体受到作用力后，电阻率就要发生变化， 这种效应称为压阻效应
半导体材料的压阻效应特别强。
E为半导体材料的弹性模量，与晶向有关。
R R
(1
2
l
E)
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对半导体材料而言，πl E >>(1+μ)，故(1+μ)项可以忽略
R R
l
E
l
半导体材料的电阻值变化，主要是由电阻率变化引起的
，而电阻率ρ的变化是由应变引起的 半导体单晶的应变灵敏系数可表示
K
R /
R
lE
半导体的应变灵敏系数还与掺杂浓度有关，它随杂质 的增加而减小
四个电阻的配置位置：
按膜片上径向应力σr和切向应力σt的分布情况确定。
r
3p 8h 2
[(1
)r02
(3
)r 2 ]
t
3p 8h 2
[(1
)r02
(1
3)r 2 ]
设计时，适当安排电阻的位置，可以组成差动电桥。
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扩散型压阻式压力传感器 特点
优点: 体积小，结构比较简单，动态响应 也好，灵敏度高，能测出十几帕的微压， 长期稳定性好，滞后和蠕变小，频率响 应高，便于生产，成本低。