微电子传感器3
电子动力学的计量学保障手段——微电子传感器及仪器
备及标 准测量系 统与检 验证 明书 同时
对各 种检验 和调节 测量 手段 的测 量设 备进行配 套是建立 在 由电测量 科 研所研 制并 生产的高精 测量及 检测 设
备基础之 上 ， 它包括 ：
— —
供货 。 被“电测量研 究所 ” 发及 生产 的 研
电子动 力学 的计量学保 障手段 微 电子传感器 及仪 器
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Ｅ
●
（０ ８ 俄 罗斯科学 院电测仪器科研所 ．０ ） ２０． ０１
目
进行 电子 动力 学的计量 学保 障工 作 的迫切性 是基于世 界范 围 内不 断增 长 的对完善 电子动力学的节能系统 、 计
（．及更低精确 级）单相静 电 Ｏ ５ ，
配 套 设 备 ， 障 调节 和 自动 化 保
检验从 １ ４单型测量交流值 的测量用变 流器 （ 交流强度 ， 有效及 电抗强度 ， 交流
压 力 范 围 ０２ ０千 帕 的半 导 －０ 各 种用 途的磁 阻薄膜 集成磁
相 电抗能量计量表的输入信号参数 。
— —
单相 Ｕ３ ７ ０ 准瓦特计量 ０４标
— —
硅 平面扩 散单独 和成 组光接
收器 ， 光敏区 １１０平方 毫米 的尺形和 －０ 压模形 ， 各种光 学工 作范 围在 Ｏ２ 是 ．—
１１毫微 米 的 设备 和 系统 的 重要 组成 ．
部 分
— —
最 大 电 流 ６ ＿ ｌｏ 安 培 的 三 相 ｏ －０ Ｕ３７０ ０ ８标准 瓦特计量表 ， 保障确定误 差、 检验有无 自动运转 、 检验敏感极 限、 测量 三相和单 相有效 能量计 量表及 三
期在 系列生产 电能计量 器 的仪器制 造
MEMS传感器
MEMS传感器MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器，与传统的传感器相比，它具有：微型化,集成化,低功耗,低成本,高精度,长寿命,动态性能好,可靠性高，适于批量生产,易于集成和实现智能化的特点，在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。
MEMS传感器的种类有很多，发展很快但在这几年发展速度放缓，MEMS传感器的种类很多导致了其分类方法很多。
按其工作原理, 可分为物理型、化学型和生物型三类M EM S 传感器分类及典型应用。
按照被测的量又可分为加速度、角速度、压力、位移、流量、电量、磁场、红外、温度、气体成分、湿度、pH 值、离子浓度、生物浓度及触觉等类型的传感器。
目前MEMS传感器的工作原理主要有压阻式，电容式，压电式，力平衡式，热对流式，谐振式等。
一．1.MEMS压力传感器MEMS传感器的发展以20世纪60年代霍尼韦尔研究中心和贝尔实验室研制出首硅隔膜压力传感器和应变计为开端。
压力传感器是影响最为深远且应用最广泛的MEMS传感器, 其性能由测量范围、测量精度、非线性和工作温度决定。
从信号检测方式划分, MEMS压力传感器可分为压阻式、电容式和谐振式等; 从敏感膜结构划分, 可分为圆形、方形、矩形和E 形等。
硅压力传感器主要是硅扩散型压阻式压力传感器, 其工艺成熟, 尺寸较小, 且性能优异, 性价比较高。
2.MEMS加速计MEMS加速度计用于测量载体的加速度, 并提供相关的速度和位移信息。
MEMS加速度计的主要性能指标包括测量范围、分辨率、标度因数稳定性、标度因数非线性、噪声、零偏稳定性和带宽等。
电容式、压电式和压阻式MEMS加速度计的性能比技术指标电容式压电式压阻式尺寸大小中等温度范围非常宽宽中等线形度误差高中等低直流响应有无有灵敏度高中等中等冲击造成的零位漂移无有无电路复杂程度高中等低成本高高低3.MEMS陀螺仪MEMS陀螺仪是一种振动式角速率传感器,其特点是几何结构复杂和精准度较高。
mems传感器原理
mems传感器原理MEMS传感器原理。
MEMS传感器（Micro-Electro-Mechanical Systems Sensor）是一种微型化的传感器，它利用微机电系统技术，将微型机械结构、微电子器件和微加工技术相结合，实现了对微小物理量的检测和测量。
MEMS传感器在许多领域都有着广泛的应用，比如汽车行业、医疗设备、智能手机等。
本文将介绍MEMS传感器的原理及其工作机制。
1. MEMS传感器的原理。
MEMS传感器的原理基于微机电系统技术，其核心是微型机械结构和微电子器件。
在MEMS传感器中，微机械结构起着感应作用，而微电子器件则负责信号的处理和输出。
微机械结构通常由微米级的机械零件组成，比如微型弹簧、振动结构等，这些微机械结构对外界的物理量变化非常敏感。
当外界物理量作用于微机械结构时，微机械结构会产生微小的位移或变形，这种微小的位移或变形会引起微电子器件中的信号变化，最终输出检测到的物理量。
2. MEMS传感器的工作机制。
MEMS传感器的工作机制可以简单分为三个步骤，感应、转换和输出。
首先是感应阶段，当外界物理量作用于MEMS传感器时，微机械结构会产生微小的位移或变形。
这个过程类似于传统传感器中的敏感元件受到刺激后的变化，只不过在MEMS传感器中，这种变化是微米级甚至纳米级的微小变化。
接着是转换阶段，微机械结构的微小位移或变形会引起微电子器件中的信号变化。
这些微电子器件可以是微型电容、微型电阻、微型压电器件等，它们会将微小的位移或变形转换为电信号或其他形式的信号。
最后是输出阶段，经过信号转换后，MEMS传感器会输出检测到的物理量。
输出的信号可以是电压信号、电流信号、数字信号等，这取决于MEMS传感器的类型和应用场景。
3. MEMS传感器的特点。
MEMS传感器具有许多独特的特点，使其在众多传感器中脱颖而出。
首先，MEMS传感器具有微型化和集成化的特点。
由于采用了微机电系统技术，MEMS传感器的尺寸非常小，可以轻松集成到各种微型设备中，比如智能手机、可穿戴设备等。
mems温度传感器原理
MEMS温度传感器的基本原理MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）温度传感器是一种基于微机电系统技术的传感器，能够测量周围环境的温度。
它采用微小的传感器结构和微电子技术，具有体积小、功耗低、响应速度快等优点，因此被广泛应用于各种领域，如智能手机、汽车、医疗设备等。
MEMS温度传感器的基本原理涉及热敏效应和微机电系统技术，下面将详细解释。
1. 热敏效应热敏效应是指物质在温度变化下产生的电阻、电压或电流等物理量的变化。
MEMS 温度传感器利用热敏效应来测量温度。
常见的热敏效应有两种：正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）。
PTC材料在温度升高时，电阻值增加；而NTC材料在温度升高时，电阻值减小。
MEMS温度传感器通常采用NTC材料作为敏感元件。
当温度变化时，敏感元件的电阻值也会相应变化。
通过测量电阻值的变化，可以确定温度的变化。
2. 微机电系统技术MEMS温度传感器是利用微机电系统技术制造的传感器。
微机电系统技术是一种将机械结构、电子元件和控制电路集成在一起的技术，通过微小的尺寸和微细加工工艺，实现高度集成的传感器器件。
MEMS温度传感器的微机电系统结构主要包括敏感元件、支撑结构和电子信号处理电路。
敏感元件是温度传感器的核心部分，其电阻值与温度成正相关。
常见的敏感元件有热敏电阻、热电偶和热敏电容等，其中热敏电阻是最常用的。
支撑结构用于支撑和固定敏感元件，保证其工作的稳定性和可靠性。
支撑结构通常采用硅基材料，具有良好的机械强度和热传导性能。
电子信号处理电路用于测量和处理敏感元件的电阻值变化，并将其转换为温度值。
信号处理电路通常包括放大器、模数转换器和数字信号处理器等。
3. MEMS温度传感器的工作原理MEMS温度传感器的工作原理可以分为以下几个步骤：步骤1：温度感知当温度发生变化时，敏感元件的电阻值也会发生变化。
以热敏电阻为例，当温度升高时，热敏电阻的电阻值减小；当温度降低时，电阻值增加。
微电子技术在生物传感器中的应用
微电子技术在生物传感器中的应用在当今科技飞速发展的时代，微电子技术正以惊人的速度改变着我们的生活。
其中，微电子技术在生物传感器领域的应用更是为生命科学、医学诊断、环境监测等众多领域带来了革命性的变化。
生物传感器是一种能够对生物物质进行特异性识别和定量检测的分析装置。
它将生物识别元件与物理化学换能器相结合，通过检测生物分子与识别元件之间的相互作用所产生的物理或化学信号，实现对目标生物分子的检测。
而微电子技术的融入，为生物传感器的性能提升、微型化、集成化和智能化提供了强大的支持。
微电子技术在生物传感器中的一个重要应用是在传感器的制造工艺方面。
传统的生物传感器制造工艺往往较为复杂，精度和一致性难以保证。
而微电子技术中的微加工工艺，如光刻、蚀刻、沉积等，可以实现生物传感器的高精度、微型化制造。
例如，利用光刻技术可以在微小的芯片表面制备出精确的电极图案，提高传感器的灵敏度和检测精度；蚀刻技术则可以制造出微小的反应腔室，减少样品和试剂的消耗，提高检测效率。
在信号检测与处理方面，微电子技术也发挥着关键作用。
生物传感器检测到的生物分子相互作用产生的信号通常非常微弱，需要经过放大、滤波、数字化等处理才能被准确测量和分析。
微电子芯片上集成的高性能放大器、滤波器和模数转换器等电路，可以对传感器输出的微弱信号进行实时、精确的处理，大大提高了检测的准确性和可靠性。
同时，利用微电子技术还可以实现多通道信号检测，从而能够同时检测多种生物分子，提高检测的效率和信息量。
此外，微电子技术还促进了生物传感器的集成化和智能化发展。
通过将生物传感器与微处理器、存储器、通信模块等集成在同一芯片上，可以实现传感器的自校准、自诊断、数据存储和无线传输等功能。
例如，一些智能生物传感器可以自动对检测结果进行校准和补偿，消除环境因素的影响；还可以将检测数据实时传输到移动终端或云端，方便用户随时随地获取检测信息，并进行数据分析和处理。
在医学诊断领域，微电子技术与生物传感器的结合为疾病的早期诊断和个性化治疗提供了有力的工具。
mems技术3篇
mems技术第一篇：mems技术的发展与应用MEMS技术是指微型机电系统（Micro Electro Mechanical Systems）技术，即微型化的机械和电子元件集成在一起形成的系统。
该技术呈现出体积小、质量轻、功耗低、成本低、可靠性高、快速响应等优点，已经被广泛应用于数字信号处理、通信、医疗、航空航天等领域。
MEMS技术的发展可以追溯到20世纪60年代。
最初，MEMS技术主要应用于传感器领域，特别是压力和加速度传感器。
到了20世纪80年代，随着微电子技术的发展，MEMS技术得以进一步发展，并开始在生产中进行广泛应用。
MEMS技术的应用领域相当广泛，对于制药和生命科学应用来说，MEMS技术可以用于制定特定的生物反应器、可穿戴医疗设备和便携式医疗器械；在汽车制造领域，MEMS技术被应用于空气流量计、车速传感器、制动系统和车辆稳定控制系统；在航空航天领域，MEMS技术被广泛应用于姿态控制、导航、卫星通信和测量和检验系统等。
总的来说，MEMS技术的发展极大地推动了科技进步，让我们在各个领域的应用中都得到了非常大的便利。
相信在不久的将来，MEMS技术的应用领域会更加广泛。
第二篇：mems传感器的原理与应用MEMS传感器指的是采用MEMS技术生产的传感器，常用于测量物理量。
其原理是利用微型机械系统制造技术制造出来的结构，实现了对物理量的转换。
由于采用这种技术制造，MEMS传感器可以实现微型化和集成化，同时具有准确、灵敏度高、响应速度快、功率消耗低等优点。
MEMS传感器的应用非常广泛。
它们可以用于测量加速度、压力、温度、重力、光强度等物理量，并将数据变换成电信号输出。
MEMS传感器已经被广泛应用于航空航天、汽车制造、制造业、医疗设备、安全和控制等领域。
例如，在汽车行业中，MEMS传感器可以测量车速、制动压力、空气温度等数据，并控制车辆的稳定性；在医疗设备方面，MEMS传感器能够测量体温、心率、呼吸频率等生命体征信号，帮助医生确定病情。
mems传感器分类
mems传感器分类MEMS传感器分类MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是指微电子机械系统，是一种由微米级别的电子元器件和微机械元器件组成的集成系统。
MEMS传感器作为其中的一种，具有小型化、低功耗、高精度等特点，广泛应用于各个领域。
本文将对MEMS传感器进行分类介绍。
一、按测量物理量分类1.加速度传感器加速度传感器是最常见的MEMS传感器之一，用于测量物体在三个轴向上的加速度。
它们通常被用于汽车安全气囊、智能手机屏幕旋转功能以及运动追踪设备等领域。
2.压力传感器压力传感器用于测量气体或液体的压力。
它们通常被用于汽车轮胎压力检测、医疗设备以及工业自动化等领域。
3.温度传感器温度传感器用于测量环境或物体的温度。
它们通常被用于智能家居设备、医疗设备以及工业自动化等领域。
4.湿度传感器湿度传感器用于测量环境中的湿度。
它们通常被用于智能家居设备、农业设备以及工业自动化等领域。
5.光学传感器光学传感器用于测量光线的强度、颜色和方向。
它们通常被用于摄像头、智能家居设备以及工业自动化等领域。
二、按传感器结构分类1.微机械加速度传感器微机械加速度传感器是由一块硅芯片制成的，芯片上有微小的弹簧和质量块。
当芯片受到加速度时，质量块会移动，从而导致弹簧产生振动。
这种振动可以转化为电信号输出。
2.压电式MEMS传感器压电式MEMS传感器是利用压电效应来测量物理量的一种传感器。
当施加电场时，会使得晶体结构变形，并产生电荷分布不均，从而产生电势差。
这种效应可以被用来测量各种物理量。
3.表面等离子共振（SPR）传感器表面等离子共振（SPR）传感器是一种基于金属薄膜表面等离子体共振的传感器。
当有分子吸附在金属薄膜表面时，会导致共振频率发生变化，从而可以测量分子的浓度和性质。
4.微热式MEMS传感器微热式MEMS传感器是利用微小的加热器来测量物理量的一种传感器。
当加热器受到外部物理量影响时，温度会发生变化，从而产生电信号输出。
传感器的发展历程
传感器的发展历程从传统机械式传感器到现代电子式传感器，传感器发展历程呈现出以下几个阶段：第一阶段：机械式传感器最早出现的传感器是机械式的，如温度计、压力表等。
这些传感器的工作原理基于物理性质的变化，通过机械结构将物理量转化为可测量的机械位移或力。
机械式传感器简单可靠，但精度受限并且易受外部环境影响。
第二阶段：电磁式传感器电磁式传感器是在机械式传感器的基础上引入电磁感应原理的一类传感器，如电压互感器、电流互感器等。
这些传感器利用电磁感应的原理，将被测量物理量转化为电磁信号，能够在电路中进行进一步处理。
电磁式传感器具有更高的灵敏度和精度，能够实现非接触式测量。
第三阶段：光电式传感器随着激光技术和光电器件的发展，光电式传感器成为一类重要的传感器。
光电式传感器利用光的物理性质进行检测，如光电传感器、光纤传感器等。
这些传感器具有快速响应、高精度、非接触式等优点，在自动化控制、测量、检测等领域得到广泛应用。
第四阶段：微电子式传感器随着微电子技术的快速发展，微电子式传感器得到了重大突破。
微电子式传感器采用集成电路技术，将传感器和信号处理电路集成在一个芯片上，实现了传感器的微型化、智能化和多功能化。
微电子式传感器具有体积小、功耗低、抗干扰能力强等优势，被广泛应用于汽车、消费电子、医疗设备等领域。
第五阶段：智能化传感器当前，随着人工智能和物联网等技术的发展，智能化传感器逐渐成为发展趋势。
智能化传感器具备自主感知、自适应、自学习的能力，能够对环境进行动态感知和智能判断，实现更精确、实时的测量和检测。
智能化传感器将应用于智能家居、智能交通等领域，推动传感器技术迈向新的高度。
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测量：温度、与温度有关的参量
1 热电偶
一、热电效应
1、定义
I
T0
B
T
A
热电势 EAB(T ,T 0)
当两种不同金属接触时， T T 0
回路中便会有电流产生。
2、热电势产生的原因
在不同金属中自由电子的浓度不同，当两种不同金属接触时， 在接触点会发生电子的扩散。若金属A的自由电子浓度大于 金属B，则金属A中的自由电子将向B中扩散，这样，金属A因 失去电子而带正电荷，金属B因获得电子而带负电荷，由于正 负电荷的存在，在接触处便会形成电场，该电场将阻碍扩散作用 进一步发生，引起反方向的电子迁移，当扩散与迁移达到动态平 ，接触处会产生一定的电势，称为接触电势。
分度表 —— R0 = 50 和 100 时的 Rt – t 关系
优点：（1）输出近线性； （2）测量精度高。
国际温标IPTS-68规定：在 –259.34 ℃ ~ 630.74 ℃内， 以铂电阻作为温度基准器
三、热电阻的测量电路
Rt
生产现场
1、三线制
r r 两线制
r：电桥电源；2r：相邻臂
平衡：R1(Rt r) R2(R4 r)
Rt R0(1 At Bt 2 )
0 ~ 660℃
例2：气体成分分析仪
n nii
i1 100
i —— 第 i 种气体的导热系数
ni —— 第 i 种气体的百分含量
1 2(1) 1、2 —— 已知 —— 可测量 —— 可求出
金属热电阻的阻值很小，并且电阻温度系数小， 容易受到引线电阻的干扰，不太容易测量
可以用电桥测量，但这种电桥不能集成化
R1
R2
E
uA
R4
rr r
Rt
3 半导体热敏电阻 半导体
一、热敏电阻的结构和特点
金属氧化物：钴Co、锰Mn、镍Ni 等的氧化物 采用不同比例配方、高温烧结而成。
热敏电阻
引线
玻璃壳
（a）珠状
（b）片状
（c）杆状 （d）垫圈状
优点：（1）结构简单、体积小、可测点温度； （2）电阻温度系数大，灵敏度高（10倍）； （3）电阻率高、热惯性小、适宜动态测量。
热电势（mV）
70
50
30
10
温度℃
0
400
800
1200
1600
可用电器测量 仪表直接测量 热电势
镍铬-考铜EA2 铁-考铜 镍铬-镍硅EV2 铂铑-铂LB-3
三、热电偶的结构种类
1、热电偶的结构
（1）热电极
热电性质稳定 物理化学性质稳定 电阻温度系数小、电阻率高 输出热电势大、输出呈线性 复制性好、工艺简单、价格低
Rt R2(R4 r) R1r R1
若R1 R2 则Rt R2R4 R1
导线电阻 r 对测量无影响
指示仪表 控制室
R1
R2
E
uA
R4
rr r
Rt
四、热电阻应用举例
例1：测量真空度
T平衡 Rt
真空度 导热系数 T平衡 Rt
测量真空度：103 Pa
I
恒温容器 被测介质
铂电阻丝 玻璃管
（1）接触电势
EAB(T ) kT ln nA e nB
nA nB
电场
A
扩散
扩散
EAB(T )
B
漂移
EAB(T ) kT ln nA e nB
k 1.381023 J / K e 1.61019C nA、nB —— 自由电子密度
I
T0
B
T
A
当两个接触点，由于温度不同，产生的接触电势大小 就不同，因此在两接触点之间存在电位差，所以回路 中会有电流产生。
贵金属 普通金属
（2）绝缘材料 （3）保护套管 （4）接线盒
防止电极间短路：氧化铝管、耐火陶瓷 与介质隔离，优良传热性能 铝合金
2、热电偶的种类
种类
普通热电偶
特点
测量气体、蒸汽和液体等介质的温度，
标准化
铠装热电偶 动态响应快、测量端热容量小、挠性好、
（缆式热电偶）
强度高、种类多
薄膜热电偶
测量微小面积和瞬时变化的温度、热容量 小、动态响应快
表面热电偶
测量金属块、炉壁、橡胶筒、涡轮叶片、 轧辊等固体的表面温度
浸入式热电偶
直接插入液体中测量：钢水、铜水、铝水、 熔融合金
常用热电偶型号及测温范围
名称 型号 分度号
铂铑-铂铑 铂铑-铂 铂铑-铂
WRLL
181.21 WRLB
镍铬-镍铝 镍铬-镍铝 镍铬-镍硅
WREU 181.11 EREU
镍铬-考铜 铁-考铜
EAB(T ,T 0) EAB(T ) EAB(T 0) k (T T 0) ln nA
e
nB
EAB(T ,T 0) EAB(T ) EAB(T 0) k (T T 0) ln nA
e
nB
如果令T 0固定
则EAB (T ,T0 )
kT e
ln
nA nB
C
即环境温度T与EAB (T ,T0 )存在线性关系
1、体积较大，不便集成，在某些 场合使用不便
2、冷端补偿方法
M C
2 T0 3
A
B
1T
2 T0
B
3C
A
T1
4
M
B
1T
2 金属热电阻
原理：金属材料的电阻随温度变化而变化
一、热电阻材料特点
（1）高温度系数、高电阻率 （2）较宽测量范围内具有稳定的物理和化学性质 （3）良好的输出特性 （4）良好工艺性
材料
铂 铜 铁 镍
温度系数α （1/℃）
3.92×10-3
4.25×10-3
6.50×10-3
6.60×10-3
比电阻ρ 温度范围
（.mm2/m） （℃）
0.0981
-200 ~ +650
0.0170
-50 ~ +150
0.0910
-50 ~ +150
0.1210
-50 ~ +100
特性
近线性 线性 非线性 非线性
二、常用热电阻
1、铜电阻
优点 缺点
（1）价格低廉。
（1）电阻率低； （2）体积较大，热惯性较大； （3）温度高于 100℃易氧化。
2、铂电阻
Rt R0(1 At Bt 2 )
0 ~ 660℃ห้องสมุดไป่ตู้
Rt R0[1 At Bt 2 C(t 100)t3] -190 ℃ ~ 0℃
其中，Rt、R0 ——温度为 t ℃ 和 0 ℃ 时的电阻； A、B、C 为常数： A = 3.940 × 10-2 /℃ B = -5.84 × 10-7 /℃2 C = -4.22 × 10-12 /℃4
WREA
镍铬-镍 铜-康铜
181.31
LL
LB-3
EU-2 EU-2 EU-2
EA-2
测量范围（℃）
长期
短期
0 ～ 1600 0 ～ 1800
0 ～1300 0 ～ 1600
0 ～ 1000 0 ～ 1300
0 ～ 600
0 ～ 900
0 ～ 600 0 ～ 1000
0 ～ 900 0 ～ 1200 0 ～ 400