单晶硅多参数传感器
微机电系统MEMS简介
陀螺仪
总结词
用于测量或维持方向的传感器
详细描述
陀螺仪是一种基于角动量守恒原理的传感器，用于测量或维持方向。它通过测量物体旋转轴的方向变 化来工作，通常由高速旋转的陀螺仪转子组成。陀螺仪广泛应用于导航、姿态控制、游戏控制等领域 ，如智能手机、无人机和导弹制导系统等。
压力传感器
总结词
用于测量流体或气体压力的传感器
MEMS市场应用领域
消费电子
汽车电子
医疗健康
工业自动化
MEMS传感器在消费电子产品 中的应用广泛，如智能手机、 平板电脑、可穿戴设备等。这 些设备中的传感器用于运动检 测、加速度计、陀螺仪、气压 计等。
随着汽车智能化的发展， MEMS传感器在汽车领域的应 用也越来越广泛，如车辆稳定 性控制、安全气囊、发动机控 制等。
MEMS材料
单晶硅
单晶硅是MEMS制造中最常用的材料 之一，具有高强度、高刚度和良好的 化学稳定性。
多晶硅
多晶硅在MEMS制造中常用于制造柔 性结构，具有较好的塑性和韧性。
玻璃
玻璃在MEMS制造中常用于制造光学 器件，具有较高的透光性和稳定性。
聚合物
聚合物在MEMS制造中常用于制造生 物传感器和柔性器件，具有较好的生 物相容性和可塑性。
集成化
未来的MEMS系统将更加集 成化，能够将多个MEMS器 件集成在一个芯片上，实现 更高效、更低成本的应用。
03
CATALOGUE
MEMS传感器与器件
加速度传感器
总结词
用于测量 物体运动状态的传感器
详细描述
加速度传感器是一种常用的MEMS传感器，主要用于测量物体运动状态的加速度。它通常由质量块和弹性支撑结 构组成，通过测量质量块因加速度产生的惯性力来计算加速度值。加速度传感器广泛应用于汽车安全气囊系统、 手机和平板电脑的姿态控制、运动检测等领域。
压力传感器调理电路的设计
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载压力传感器调理电路的设计地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容天津大学毕业设计（论文）题目：压力传感器信号调理电路的设计学院电气与自动化工程学院专业电气自动化技术学生姓名汪文腾学生学号 4009203024指导教师陈曦提交日期 2012年 6月 2日摘要随着微电子工业的迅速发展，压力传感器广泛的应用于我们的日常生活中，为了使同学们对压力传感器有较深入的理解。
经过综合的解析选择了由实际中的应用作为研究项目，本文通过介绍一种基于压力传感器实现的实际电路搭建的设计方法，该控制器以压力传感器为核心，通过具备运放来实现放大电路等功能。
另外，使用运放的压力传感器再实际电路搭建中被广泛应用。
通过对模型的设计可以非常好的延伸到具体的应用案例中。
关键词：压力传感器；运放；电路；目录TOC \o "1-3" \h \z \u HYPERLINK \l "_Toc326965022" 第一章绪论 PAGEREF _Toc326965022 \h 1HYPERLINK \l "_Toc326965023" 1.1器械基本组成及制作工艺PAGEREF _Toc326965023 \h 1HYPERLINK \l "_Toc326965024" 1.2压力传感器 PAGEREF_Toc326965024 \h 3HYPERLINK \l "_Toc326965025" 1.2.1压力传感器的原理 PAGEREF _Toc326965025 \h 3HYPERLINK \l "_Toc326965026" 1.3通过运放实现的放大电路的压力传感器 PAGEREF _Toc326965026 \h 4HYPERLINK \l "_Toc326965027" 1.3.1三运放差分放大电路 PAGEREF _Toc326965027 \h 4HYPERLINK \l "_Toc326965028" 1.3.2 UA741运放型号的介绍PAGEREF _Toc326965028 \h 5HYPERLINK \l "_Toc326965029" 1.3.3运算放大器在实际中的应用PAGEREF _Toc326965029 \h 5HYPERLINK \l "_Toc326965030" 第二章电路仿真 PAGEREF_Toc326965030 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965031" 2.1 EWB简介 PAGEREF_Toc326965031 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965032" 2.2 EWB5.0的基本功能 PAGEREF _Toc326965032 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965033" 2.2.1建立电路原理图方便快捷PAGEREF _Toc326965033 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965034" 2.2.2用虚拟仪器仪表测试电路性能参数及波形准确直观 PAGEREF _Toc326965034 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965035" 2.3实际电路的搭建流程 PAGEREF _Toc326965035 \h 7HYPERLINK \l "_Toc326965036" 2.4实际电路在EWB上的波形图PAGEREF _Toc326965036 \h 11HYPERLINK \l "_Toc326965037" 第三章实际电路的搭建 PAGEREF _Toc326965037 \h 21HYPERLINK \l "_Toc326965038" 3.1实际实验电路的搭建 PAGEREF _Toc326965038 \h 21HYPERLINK \l "_Toc326965039" 第四章误差分析 PAGEREF_Toc326965039 \h 24HYPERLINK \l "_Toc326965040" 4.1误差分析 PAGEREF_Toc326965040 \h 24HYPERLINK \l "_Toc326965041" 第五章总结与展望 PAGEREF _Toc326965041 \h 24HYPERLINK \l "_Toc326965042" 5.1总结 PAGEREF_Toc326965042 \h 24HYPERLINK \l "_Toc326965043" 5.2展望 PAGEREF_Toc326965043 \h 25HYPERLINK \l "_Toc326965044" 致谢 PAGEREF_Toc326965044 \h 26HYPERLINK \l "_Toc326965045" 参考文献 PAGEREF_Toc326965045 \h 27第一章绪论传感器是将各种非电量(包括物理量、化学量、生物量等)按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量(一般为电量)的装置。
单晶硅压力变送器差压变送器如何实现高稳定性
单晶硅压力变送器差压变送器如何实现高稳定性 当前高稳定性压力、差压变送器在自动化领域的应用越来越重要，如何发展具备中国自主知识产权的高稳定性压力变送器是中国本土变送器制造厂商面临着的一个非常严峻的问题。
然而通过实践表明可以从超稳型单晶硅原理芯片的选择、超稳型单晶硅硅片的无应力封装、回程误差的消除、静压误差的减弱和补偿、仪表量程比的拓宽、接液面的特殊处理以及超高温测量等诸多技术方面的着手和突破，可以大幅提升高稳定性压力、差压变送器的全性能、准确度等级和可靠性。
从而弥补国外高端变送器对中国市场的垄断和冲击。
压力变送器、差压变送器作为一种高精密的测量仪器，在自动化领域的应用非常普遍和意义重大。
在大多数的重要工业领域都得到广泛的应用，如火力发电、核电、石油冶炼、化工、钢铁、造纸、制药、食品、水泥制造等领域。
然而在这些广泛的应用领域中，由中国人自己研发和制造的中高端压力变送器非常匮乏，几乎完全被美国、日本、德国、瑞士等工业发达国家的压力变送器所垄断。
这对当前飞速发展的中国国民经济来说，是一个巨大的安全隐患。
所以对于研发和规模化生产具有中国自有知识产权的高稳定性压力、差压变送器显得越来越重要和意义重大。
昌晖仪表制造有限公司正是立足于这种国内空白，通过数年的时间从瑞士引进和学习先进技术，以及通过适应国产化生产特点的再研发和大规模试生产验证，最终形成了单晶硅电阻原理的中高端压力、差压变送器生产线。
当前中国市场上主流的高稳定性压力、差压变送器主要分为三种类型和原理。
第一种为以美国制造商研发和生产的金属电容式压力、差压变送器，其代表性的型号为1151系列和3051C/S系列。
其工作原理为：外界压差传递到内部的金属电容极板，当极板发生位移后即产生电容量的变化，将这种电容量的变化通过电子电路收集、放大和软件补偿处理后，就得到压力信号的线性输出。
1151系列电容式传感器技术由80年代开始引进入中国大陆以后，在国内得到了大规模的仿造和推广，至2016年止国内仿制的制造厂商达到了近100家，比较典型的国内制造商有上海、西安、北京、重庆以及核工业部等仪表公司。
MEMS压力传感器分析
MEMS压力传感器名词解释：MEMS：Micro-Electro Mechanical System，微型电子机械系统或微机电系统，是利用半导体集成电路加工和超精密机械加工等多种技术，并应用现代信息技术制作而成的微型器件或系统。
半导体集成电路：一种通过一定工艺把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，具备所需电路功能的微型电子器件或部件。
晶圆：硅半导体集成电路或 MEMS 器件和芯片制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆。
单晶硅：硅的一种形态，具有完整的点阵结构且晶体内原子都是呈周期性规则排列的硅晶体，是 MEMS 的主要材料。
多晶硅：硅的一种形态，晶体内各局部区域里原子呈周期性排列，但不同局部区域之间的原子排列无序，在MEMS 中多用于结构层和电极导电层。
二氧化硅：硅的一种氧化物，一般指通过热氧化和沉积等方法制作而成的薄膜材料，在MEMS 中多用于绝缘层、掩膜和牺牲层。
惠斯顿电桥：由四个电阻组成的电桥电路，是一种可利用电阻变化来测量外部物理量变化的电路器件设计。
压电效应：某些电介质受到外部机械力作用而变形时，电介质材料内部产生极化并产生正负相反的电荷的现象。
EDA：Electronic Design Automation，电子设计自动化，指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术，完成电子产品的自动设计。
封装：集成电路和 MEMS 的安装、固定、密封工艺过程，具有实现集成电路、MEMS 管脚与外部电路的连接，并防止外界杂质腐蚀电路的作用。
PCB：Printed Circuit Board，印制电路板，是组装电子产品各电子元器件用的基板，是在通用基材上按预定设计形成点间连接及印制元件的印制板。
温漂：温度漂移，指环境温度变化造成半导体集成电路、MEMS 等器件性能参数变化，导致器件参数不稳定甚至无法工作的现象。
压力传感器的原理及其应用电路设计
1.引言汽车传感器是汽车电子化、智能化的基础和关键，而其中使用较多、发展最快的是压力传感器。
汽车压力传感器应用在汽车的很多系统中，如电子检测系统、保安防撞系统等。
其中应用在轮胎气压方面的目的在于最大限度地减少或消除高压爆胎和低压辗胎造成的轮胎早期的损坏，使轮胎经常保持标准气压，延长轮胎的寿命，降低轮胎的消耗，提高经济效益。
有报道说，将微型压力传感器埋置于汽车轮胎中，测量其中气压，以控制对轮胎的充气量，避免过量和不够，由此可节省百分之十的汽油。
2.汽车压力传感器2.1 压力传感器的原理和应用分类传感器是将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。
传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还需外加辅助电源。
传感器方框图如图1所示。
传感器方框图制造半导体压力传感器的基本原理是利用硅晶体的压阻效应。
单晶硅材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。
压力传感器所用的元件材料是具有压阻效应的单晶硅、扩散掺杂硅和多晶硅。
根据晶体不受定向应力时，电导率是同性的，只有受定向应力时才表现出各向异性，由于应力能引起能带的变化，能谷能量移动，导致电阻率的变化，于是就有电阻的变化，从而产生压阻效应。
单晶硅效应包括n型和p型硅压阻效应。
选用扩散硅目的在于在设计制造压力传感器时可根据不同温度下硅扩散层的压阻特性选择合适的扩散条件，力求使压力传感器具有良好的性能。
多晶硅在传感器中有广泛的用途，可作为微结构和填充材料、敏感材料。
压力传感器按用途分类主要是压力监视、压力测量和压力控制及转换成其他量的测量。
按供电方式分为压阻型和压电型传感器，前者是被动供电的，需要有外电源。
后者是传感器自身产生电荷，不需要外加电源，根据不同领域对压力测量的精度不同分为低精度和高精度的压力传感器。
2.2 气压传感器1）能和原理：主要是用来检测气压的传感器。
压力传感器芯体种类及原理
电容式和单晶硅谐振式;力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等电容式和单晶硅谐振式;溅射薄膜式：1、半导体应变片压力传感器电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。
它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。
电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。
金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。
通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。
这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是 A/D转换和CPU）显示或执行机构。
金属电阻应变片的内部结构如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。
根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。
而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。
一般均为几十欧至几十千欧左右。
电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。
金属导体的电阻值可用下式表示：式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m） S——导体的截面积（cm2） L——导体的长度（m）我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。
202006 - 第6章 硅压阻式传感器【传感器技术案例教程】
6.1 硅压阻式变换原理
6.1.2 单晶硅的晶向、晶面的表示
2. 计算实例
(4) BCHE 面
该面向 y 轴负方向平移一个单元，在三个坐标 轴截距：1，-1，∞；即 h：k：l ＝1：-1：0，晶
面 110 110 ，相应晶向 1 10
(5) AFH 面
正立方体示意图
在三个坐标轴截距：1，1，1；晶面、晶向分别为 (111)，<111>
(100)面上 110 晶向 纵向、横向示意图
压阻系数
a
11
2 11
12
44
11 22
1 2
11
12
44
n
12
11
12
44
1 2
1 2
1 2
1 2
1 2
11
12
44
→ P 型硅， πa = 0.5π44， πn = -0.5π44； N 型硅， πa = πn = -0.25π11
(第6章 硅压阻式传感器)
6.1 硅压阻式变换原理
6.1.3 压阻系数
2. 任意晶向压阻系数 1，2，3 为单晶硅立方晶格主轴方向；在
任意 P 方向形成压敏电阻条 R，即长度 方向，称纵向，也是工作电流方向；Q 为压敏电阻条副方向，称横向；
P 方向与 Q 方向均在 3’ 方向晶面内； 记为 1’ 方向、2’ 方向；压阻效应为
3. 计算实例
(2) 计算(100)面上 011 晶向纵向、横向压阻系数
图示单位立方体；ABCD为 (100)面，其上
011 晶向为 BD，相应横向 <011>为 AC； 1 10 方向余弦 l1 1 2 , m1 1 2 , n1 0；
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
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（见加速度计）。
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。
压阻式压力传感器的结构这种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。
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。
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，直径与厚度比约为20～60。
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。
硅柱形敏感元件也是在硅柱面某一晶面的一定方向上扩散制作电阻条，两条受拉应力的电阻条与另两条受压应力的电阻条构成全桥。
发展状况1954年C.S.史密斯详细研究了硅的压阻效应，从此开始用硅制造压力传感器。
早期的硅压力传感器是半导体应变计式的。
后来在N型硅片上定域扩散P型杂质形成电阻条，并接成电桥,制成芯片。
此芯片仍需粘贴在弹性元件上才能敏感压力的变化。
采用这种芯片作为敏感元件的传感器称为扩散型压力传感器。
这两种传感器都同样采用粘片结构，因而存在滞后和蠕变大、固有频率低、不适于动态测量以及难于小型化和集成化、精度不高等缺点。
三元材料_多晶和单晶_单晶硅_多晶硅_解释说明
三元材料多晶和单晶单晶硅多晶硅解释说明1. 引言1.1 概述在现代科技发展中，新能源、电子器件和光学设备等领域的需求不断增加，对高性能材料的需求也日益迫切。
三元材料作为一类具有特殊结构和优异性能的材料，在这些领域中扮演着重要角色。
本文将重点介绍三元材料中的两种主要类型——多晶和单晶，并分析其区别、物理性质比较以及应用方面的差异。
1.2 文章结构本文共分为六个部分，首先是引言，接下来概述三元材料的定义和特点，以及其应用领域和制备方法；然后详细介绍多晶和单晶这两种主要类型，包括它们的定义和区别，物理性质比较以及应用比较；随后分别深入探讨单晶硅和多晶硅这两种具体材料，在结构与性质特点、制备方法及应用场景方面进行详细说明；最后总结其中的优缺点对比，并勾勒出未来研究的前景。
1.3 目的本文旨在提供关于三元材料中多晶与单晶的比较和分析，并探讨单晶硅和多晶硅这两种主要材料的特性、制备方法及应用场景。
通过本文的阐述，读者可以更加全面地了解三元材料中多晶和单晶的差异以及各自的特点，从而对其在不同领域中的应用有更清晰的认识。
2. 三元材料3.1 定义和特点三元材料是指由三种不同元素组成的化合物或混合物。
这些元素可以是金属、非金属或半导体等。
三元材料具有多样性和复杂性，在材料科学和工程中具有重要的应用价值。
三元材料的特点之一是它们的组成可调性，即可以通过改变其中一个或多个元素的比例来调节其性质和特征。
这使得三元材料在不同领域中具有广泛的应用潜力，例如能源储存与转换、化学催化、光电子器件和生物医学等领域。
此外，由于存在不同元素之间的相互作用，三元材料通常展现出独特的结构和性质。
这些相互作用能够引导其在纳米尺度下形成复杂的晶体结构，并赋予其优异的机械、电子和光学性能。
3.2 应用领域三元材料在各个应用领域中都发挥着重要作用。
以下是一些主要应用领域的例子：- 能源储存与转换：三元催化剂在燃料电池和电解水产氢领域有广泛应用。
电子科技大学传感器实验报告
电子科技大学实验报告学生姓名：***学号：03课程名称：传感器原理及应用指导教师：彭杰刚实验地点：主楼c2-108实验日期： 2013 年 6 月 21 日实验评分：电子科技大学实验报告学生姓名：*** 学号：03 指导教师：彭杰刚实验地点：主楼c2-108实验室名称：传感器实验室实验项目名称：实验一应变片单臂电桥性能实验实验学时：2实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。
实验原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。
一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。
此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。
它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。
1、应变片的电阻应变效应所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。
以圆柱形导体为例：设其长为：L、半径为r、材料的电阻率为ρ时，根据电阻的定义式得（1—1）当导体因某种原因产生应变时，其长度L、截面积A和电阻率ρ的变化为dL、dA、dρ相应的电阻变化为dR。
对式（1—1）全微分得电阻变化率 dR/R为：（1—2）式中：dL/L为导体的轴向应变量εL; dr/r为导体的横向应变量εr由材料力学得：εL= - μεr (1—3)式中：μ为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为0.3～0.5左右；负号表示两者的变化方向相反。
将式（1—3）代入式（1—2）得：（1—4）式（1—4）说明电阻应变效应主要取决于它的几何应变（几何效应）和本身特有的导电性能（压阻效应）。
2、应变灵敏度它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。
光电学院《传感器技术》实验指导书(2017版)
传感器技术实验指导书实验室名称：测控与传感器实验室（2）实验室房号：A区主教楼1109重庆大学光电工程学院2017.3实验一电容式传感器原理与使用一、实验目的：了解差动式同轴变面积电容式传感器的原理、结构、特点及应用。
二、基本原理：1、原理简述：电容传感器是以各种类型的电容器为传感元件，将被测物理量转换成电容量的变化来实现测量的。
电容传感器的输出是电容的变化量。
利用电容C＝εA／d关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测干燥度（ε变）、测位移（d变）和测液位（A变）等多种电容传感器。
电容传感器极板形状分成平板、圆板形和圆柱(圆筒)形，虽还有球面形和锯齿形等其它的形状，但一般很少用。
本实验采用的传感器为圆筒式变面积差动结构的电容式位移传感器，差动式一般优于单组(单边)式的传感器。
它灵敏度高、线性范围宽、稳定性高。
如图所示：它是有二个圆筒和一个圆柱组成的。
设圆筒的半径为R；圆柱的半径为r；圆柱的长为x，则电容量为C=ε2πｘ／ln(R／r)。
图中C1、C2是差动连接，当图中的圆柱产生∆X位移时，电容量的变化量为∆C =C1－C2=ε2π2∆X／ln(R／r)，式中ε2π、ln(R ／r)为常数，说明∆C与∆X位移成正比，配上配套测量电路就能测量位移。
电容传感器结构图2、测量电路(电容变换器)：测量电路画在实验模板的面板上。
其电路的核心部分是下图的二极管环路充放电电路。
二极管环形充放电电路在图中，环形充放电电路由D3、D4、D5、D6二极管、C4电容、L1电感和C X1、C X2（实验差动电容位移传感器）组成。
当高频激励电压(ｆ>100kHz)输入到ａ点，由低电平E1跃到高电平E2时，电容C X1和C X2两端电压均由E1充到E2。
充电电荷一路由ａ点经D3到b点，再对C X1充电到O点(地)；另一路由由ａ点经C4到c点，再经D5到d点对C X2充电到O点。
单晶硅压力变送器原理
单晶硅压力变送器原理单晶硅压力变送器原理压力变送器是一种广泛应用于工业自动化控制系统中的传感器，它能够将被测压力转换为标准信号输出，从而实现对被测物理量的控制和调节。
目前，应用广泛的压力变送器有瓦片式、电容式和单晶硅式三种，其中单晶硅压力变送器技术相对成熟，使用量也相对较大。
本文将对单晶硅压力变送器的工作原理、结构和应用进行介绍。
工作原理单晶硅压力变送器的核心部分是压电传感器芯片，其原理是基于晶体压电效应。
当压电传感器芯片表面受到压力时，晶体中的电荷平衡被打破，产生一个电荷不平衡区域，这个区域沿晶体的厚度方向形成一个电场，电场强度与应变大小成正比，从而产生一定的电信号输出。
单晶硅压力传感器将晶体和电子学技术相结合，将晶体用作传感器感受压力，然后将感测信号转换为电信号，通过电子学技术处理后输出为标准信号给控制器使用。
通过测量电信号的大小可以反推出压力的大小。
结构单晶硅式压力变送器的压电传感器芯片通常由硅晶圆和芯片加工工艺组成，在硅晶圆上制成一条“Ｕ”形的弯曲构件，其颈部为感应区域。
压力传感器的结构示意图如下：当芯片的感应区受到压力时，晶体中的电荷平衡被打破，电子将会在输出电极上和感应电极上产生带电的电荷，即感应电荷，由于这种电荷会导致输出压极电压的变化，因此测量输出电压的变化可以推算出压力变化。
应用单晶硅式压力变送器广泛应用于航空、航天、铁路、汽车、石油、化工及各种压力检测和测量领域，它的主要特点是高精度、高分辨率、高灵敏度和高可靠性。
它可以在高温和低温环境下工作，与通用电气传感器相比，具有更优异的稳定性和抗干扰性能。
单晶硅压力变送器是一种非常重要的传感器，在自动化控制领域的应用非常广泛，随着科技的不断发展，单晶硅压力变送器技术会越来越成熟，应用领域也会越来越广泛。
单晶硅压力变送器的优点1. 高精度：单晶硅压力传感器可以测量极小的压力变化，具有很高的精度；2. 高分辨率：单晶硅压力变送器具有高分辨率的特点，可以测量微小的压力变化；3. 高灵敏度：单晶硅压力传感器具有非常高的灵敏度，可以感知到微小的振动或变形；4. 高可靠性：单晶硅压力变送器具有很高的可靠性，可以长时间稳定地工作，在恶劣的环境下也不易受到影响；5. 可靠性高：传感器内部使用晶体共振器和降噪电路，可以最大程度地减少外部干扰。
传感器功能材料
纳米材料旳特征
➢晶粒极小，比表面积特大 ➢高度旳弥散性 ➢大量旳界面
经典纳米材料
1）碳纳材料
2）纳米陶瓷
五、智能材料
• 新型复合材料，是继天然材料、人造材料、精细材料之后旳第 四代功能材料。具有感知内外环境刺激，对之进行分析、处理、 判断、并采用一定旳措施进行适度响应旳智能特征旳材料。
氮化硅比氧化硅绝缘性能更加好，常用于在器件 之间以及器件与衬底材料之间提供绝缘。
碳化硅是一种性能优良旳制模材料，硬度高，尤 其在高温下耐化学腐蚀性能好，可用于制作高温 压力传感器旳压敏膜片。
（4）锗，砷化镓
锗是一种单晶材料，电子迁移率约为硅旳2.5 倍，霍尔系数为硅旳2倍，适合制作霍尔器件。 单晶硅和锗能够经过掺杂工艺制成光敏电阻， 但硅敏捷度更大，工作波长约为0.8微米，锗约 为1.4微米。 砷化镓是一种半导体化合物，是霍尔元件旳理 想材料，其缺陷是屈服强度低，仅为硅旳1/3， 所以不适合作基底材料。
光电势效应
光二极管、CCD
磁阻效应 I层中旳电势效应 霍尔效应
磁阻器件
InSb、Si、Ge
PIN光电二极管
霍尔元件、霍尔IC、、 Si、Ge、InSb、、、
二、功能陶瓷材料
指利用材料旳电、磁、声、光、热等方面直接旳或耦合旳 效应以实现某种使用功能旳多晶无机固体材料。 功能陶瓷一般经过高温烧结制成，其一般工艺流程为：
3.智能材料种类
• 功能：光导纤维、形状记忆、压电、电流变体、电 （磁）致伸缩材料等。
• 起源：金属（形状记忆合金、形状记忆复合材料）、 无机非金属（电流变体、压电陶瓷、光致变色和电 致变色材料）、高分子（凝胶、膜材、粘合剂）。
传感器的转换原理
传感器的转换原理（第二章）1传感器的概述传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。
在有些学科领域，传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等。
这些不同提法，反映了在不同的技术领域中，只是根据器件用途对同一类型的器件使用着不同的技术术语而已。
如在电子技术领域，常把能感受信号的电子元件称为敏感元件，如热敏元件、磁敏元件、光敏元件及气敏元件等，在超声波技术中则强调的是能量的转换，如压电式换能器。
这些提法在含义上有些狭窄，而传感器一词是使用最为广泛而概括的用语。
1.1 传感器技术的特点①涉及多学科与技术，包括材料科学，机密机械、微电子、机械加工工艺、材料力学、弹性力学、计算机科学、物理学、生物化学、测试技术等。
②品种繁多，被测参数包括热工量、电工量、化学量、物理量、机械量、生物量、状态量等。
③应具有高稳定性、高可靠性、高重复性、低迟滞、快响应和良好的环境适应性。
④应用领域广泛，无论是高兴技术，还是传统产业，都需要应用大量的传感器。
⑤应用要求千差万别，有的量大面广，有的专业性很强，有的要求高精度，有的要求高稳定性，有的要求高可靠性；有的要求耐振动，有的要求防爆等。
⑥发展相对缓慢。
研制一旦成熟，其生命力强，如应变式传感技术已有70年的历史，目前仍然占有重要的地位。
1.2 传感器技术发展趋势近年来传感器技术发展的主要趋势表现在一下5个方面。
1)新材料、新功能的开发应用传感器材料是传感器技术的重要基础，无论是何种传感器，都要选择恰当的材料来制作，而且要求多用的材料具有优良的机械特性，不能有材料缺陷。
近年来，在传感器技术领域，所应用的新型材料主要有以下几类。
①半导体硅材料包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、硅蓝宝石等。
由于硅材料具有相互兼容、优良的电学特性和机械特性，因此面采用硅材料研制出各种类型的硅微结构传感器。
②石英晶体材料包括压电石英晶体和熔凝石英晶体（又称石英玻璃），它具有极高的机械品质因数和非常好的温度稳定性。
单晶硅_多晶硅_非晶硅的区别和性能差异
单晶硅_多晶硅_非晶硅的区别和性能差异单晶硅，多晶硅，非晶硅的区别和性能差异一、单晶硅太阳能电池名称:单晶硅英文名: Monocrystalline silicon单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分。
硅的单晶体，具有基本完整的点阵结构的晶体。
不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。
纯度要求达到99.9999,，甚至达到99.9999999,以上。
用于制造半导体器件、太阳能电池等。
用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。
熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。
单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的半导电性。
超纯的单晶硅是本征半导体。
在超纯单晶硅中掺入微量的?A族元素，如硼可提高其导电的程度，而形成p型硅半导体;如掺入微量的?A族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成n型硅半导体。
单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。
单晶硅主要用于制作半导体元件。
用途:是制造半导体硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。
二、多晶硅太阳能电池名称:多晶硅英文名:polycrystalline silicon性质:灰色金属光泽。
密度2.32~2.34。
熔点1410?。
沸点2355?。
溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。
硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。
加热至800?以上即有延性，1300?时显出明显变形。
常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。
高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。
具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性。
多晶硅是单质硅的一种形态。
熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。
无引线封装的SOI压阻式压力传感器设计
无引线封装的SOI压阻式压力传感器设计李俊龙;朱平【摘要】在SOI晶圆材料的基础上,设计了压力敏感结构,提高了传感器的高温稳定性;采用敏感芯片背孔引线技术,将硅敏感芯片的正面和硼玻璃进行气密性阳极键合,通过在硼玻璃对应位置加工电极连接孔,实现芯片电极与外部管脚的电气连接,形成无引线封装结构;利用ANSYS软件对敏感芯片进行了力学仿真,对高温敏感芯体进行了热应力分析,完成了无引线封装结构的优化及制作.通过性能测试,该传感器测量范围为0~0.2 MPa,灵敏度为55.0 mV/MPa,非线性误差小于0.2%.%The structure of the pressure sensitive chip based on SOI wafer material was designed.SOI was applied to improve the stability of the sensor.The technology of the novel pressure sensor with back-side direct exposure packaging was presented.A hermetical connection between the active side of the Si-wafer and the glass cover was realized by anodic bonding.Sealed through-glass was drilled in the right site of the glass capping.Then the vias connected pads on the front side of Si-wafer with electrodes of the sensor header.This process formed the leadless packaging.The mechanical simulation of the sensitive chip and the thermal stress of high-temperature sensitive core was analyzed by ANSYS software.The optimization and the fabrication of leadless packa-ging were completed upon the simulation results.After performance test,the measuring range of the sensor is 0~0.2 MPa,the sen-sitivity is 55.0 mV/MPa,and the nonlinear error is less than 0.2%.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2017(000)012【总页数】5页(P20-24)【关键词】无引线封装;绝缘体上硅(SOI);压阻式压力传感器;背孔引线;有限元分析(FEA);耦合仿真【作者】李俊龙;朱平【作者单位】中北大学仪器与电子学院,山西太原 030051;中北大学仪器与电子学院,山西太原 030051【正文语种】中文【中图分类】TP2120 引言随着MEMS技术的发展，在微小型硅高温压力传感器领域，SOI晶圆材料因其优良的高温特性成为制作高温器件的首选材料[1]。
单晶硅在制造mems传感器中的作用
单晶硅在制造MEMS传感器中的作用引言MEMS（Microelectromechanical Systems）传感器是一种集成了微电子技术和微机械技术的器件，用于检测和测量环境中的物理量。
单晶硅是制造MEMS传感器中最常用的材料之一，其在制造过程中起到了至关重要的作用。
本文将详细探讨单晶硅在制造MEMS传感器中的作用。
单晶硅的优势单晶硅是一种具有良好电学性能和机械性能的半导体材料，具有以下优势：1.高度纯净：单晶硅有较高的纯度，杂质含量低，确保了传感器的稳定性和可靠性。
2.机械可加工性好：单晶硅具有良好的机械可加工性，可以通过化学腐蚀、切割、刻蚀等加工方法进行高精度的制造。
3.热膨胀系数匹配：单晶硅的热膨胀系数与硅二氧化物（SiO2）基底材料的热膨胀系数相匹配，可以有效减小温度变化对传感器性能的影响。
制造MEMS传感器的工艺流程制造MEMS传感器的工艺流程通常包括以下步骤：1. 晶圆制备首先，需要制备单晶硅的晶圆作为基底材料。
晶圆的制备可以通过Czochralski或Float-Zone等方法进行，确保晶圆的质量和纯度。
2. 晶圆清洗为了去除晶圆表面的杂质和污染物，需要对晶圆进行清洗。
通常使用化学溶液对晶圆进行浸泡，去除表面的无机和有机污染物。
3. 质控检查在制造过程中，需要对晶圆进行质控检查，确保晶圆的质量和规格符合要求。
通常使用光学显微镜、扫描电子显微镜等仪器进行检查。
4. 晶圆光刻在晶圆上进行光刻，用于制备MEMS传感器的结构。
光刻是通过光敏胶和掩膜模板的结合进行的，通过紫外光曝光和显影等步骤将结构图案转移到晶圆表面。
5. 薄膜沉积薄膜沉积是制造MEMS传感器的关键步骤之一。
通过化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）等方法，在晶圆表面沉积一层薄膜，用于制备传感器的敏感元件。
6. 制备结构使用刻蚀或切割等方法，将晶圆上的薄膜刻蚀或切割，形成MEMS传感器的结构。
这些结构通常包括微梁、微弯曲器件等。
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单晶硅差压敏感元件的静压限值取绝压过载压力和差压敏感元件静压力两者中最小值 。
电气性能
6k ±0.5k
技术参数
工作温度 储存温度 满点输出电压 零点温度影响 温度滞后
压力滞后 长期漂移 非线性误差
静压影响
膜片材质 接线盒连接
过程连接
-40-+85℃ -50-+125℃ ≥70mV@5VDC供电 ±0.05%F.S./℃ <±0.1%F.S.（10kPa≤敏感元件量程≤1MPa） <±0.5%F.S.（敏感元件量程<10kPa） <±0.05%F.S. <±0.05%F.S./年 <±0.3%F.S.（10kPa≤敏感元件量程≤1MPa） <±1.3%F.S.（敏感元件量程<10kPa） <±0.1%F.S./10MPa（10kPa≤敏感元件量程≤1MPa） <±0.15%F.S./10MPa（敏感元件量程<10kPa） 316L/哈氏合金C M27×2外螺纹 M56×1.5外螺纹 23/16-16UNS外螺纹 H型结构，双法兰，过程连接内螺纹1/4-18NPT，法兰后端自带排液排气阀，316不锈钢
外 螺 纹M 5 6 * 1 . 5，G B / T 1 9 3 - 2 0 0 3 ， I S O 2 6 1 7 ， S U S 3 0 4不 锈 钢
外螺纹2 3/16-16UNS，ASMEB1.1-2003SUS304不锈钢
*
O型 环 ， 氟 橡 胶 （ 温 度 适 用 范 围 ：- 2 0 - 2 0 0℃ ）
100mm硅橡胶软导线
*
H型结构，双法兰，过程连接内螺纹1/4-18NPT，法兰后端自带排液排 *
气阀，316不锈钢
H型结构，双法兰，过程连接内螺纹1/4-18NPT，法兰后端自带排液排 *
气阀，304不锈钢
压力敏感元件信号输出（可不选）
*
免责声明：所有数据仅用于产品说明，不具法律约束力。相关技术细节可能因进一步改善而有所变更 2018.04.V1.0
SP38M单晶硅差压敏感元件
规格参数
差压量程及范围极限
标称量程 40kPa 100kPa 250kPa 1MPa
量程下限（LRL） -40kPa -100kPa -250kPa -500kPa
量程上限（URL） 40kPa 100kPa 250kPa 1MPa
单端过载压力 16MPa 16MPa 16MPa 16MPa
免责声明：所有数据仅用于产品说明，不具法律约束力。相关技术细节可能因进一步改善而有所变更
2018.04.V1.0
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SENSING TOMORROW 智感未来
电气连接
SP38M单晶硅差压敏感元件
技术参数
引线颜色 黑（Black） 黄（Yellow） 红 （Re d） 蓝 （B lu e） 白（White） 橙（Ｏｒａｎｇｅ） 绿（Ｇｒｅｅｎ）
静压力 40MPa 40MPa 40MPa 40MPa
绝对压力（测量静压力）量程及范围极限
标称量程 305A 106A 256A
量程下限（LRL） 0kPa 0kPa 0kPa
量程上限（URL） 3MPa 10MPa 25MPa
过载压力 16MPa 20MPa 40MPa
以上测量量程也可换算为以kg/cm、MPa和kPa等单位表示。可根据要求提供其他测量量程。设置高、低限值要求：低限值（LRV）与 高限值（URV）在量程上下限范围内取值，最小量程≤｜URV-LRV｜≤量程上限
选型表
项目 参数
代码
型号
SP38M
敏感元件 分隔符
-
结构
S
量程代码
403D
104D
254D
105D
静压范围
305A
106A
256A
隔离膜片材质 S
H
隔离充灌液 S
接线盒连接 2
4
5
密封方式
S
电气连接方式 N8
过程连接
H1
H4
信号输出方式 S
代码说明 单晶硅差压敏感元件 以下为具体规格 标准结构 标 称 量 程4 0 k Pa 标 称 量 程1 0 0 k Pa 标 称 量 程2 5 0 k Pa 标 称 量 程1 0 0 0 k P a 3MPa 10MPa
SP38M单晶硅差压敏感元件被广泛应用在：过程控 制、流量控制、液压和气动设备、伺服阀门和传动、化 学制品和化学工业及医用仪表等众多需要测量压力/差压 的领域。
免责声明：所有数据仅用于产品说明，不具法律约束力。相关技术细节可能因进一步改善而有所变更 2018.04.V1.0
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SENSING TOMORROW 智感未来
29 M27×2
23
2 8 42
接线 盒连接为（4 ）整机 尺寸图（ 单位：mm） 56.50
M56X1.5
55
SP38M单晶硅差压敏感元件
6
6
38
42
58.50
免责声明：所有数据仅用于产品说明，不具法律约束力。相关技术细节可能因进一步改善而有所变更 2018.04.V1.0
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SENSING TOMORROW 智感未来
尺寸图 接线 盒连接为（5 ）整机 尺寸图（ 单位：mm）
57 2 3/16-16UNS
23
2 8 42
SP38M单晶硅差压敏感元件
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SP38M单晶硅差压敏感元件
气排液阀 1/4-18NPT，法兰后端自带排液排气
阀， 3 1 6不 锈 钢
H4
H型 结 构 ， 双 法 兰 ， 过 程 连 接 内 螺 纹
1/4-18NPT，法兰后端自带排液排气
阀， 3 0 4不 锈 钢
过 程 连 接 （H1、H 4） 尺 寸 图 （ 单 位 ：m m）
SP38M单晶硅差压敏感元件
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SP38M单晶硅差压敏感元件的核心传感单元是采用 高可靠性的单晶硅技术，敏感元件内置温度敏感元件， 最大限度提高敏感元件的温度性能，是一种全面数字 化、 智能 化的 敏感 元件 。它 抗 高 压 和 高 静 压 ， 静 压 可 达 4 0 M Pa 。 可 应 用 于 各 种 恶 劣 环境， 工 作 温 度 范 围 高 达 - 40-85℃。它还具有测量的高精度、高稳定性、输出 信号强，长期稳定性好等特点。
引线定义 V+ T S+（D）* S-（D）* VＳ＋（Ａ）＊ Ｓ－（Ａ）＊
免责声明：所有数据仅用于产品说明，不具法律约束力。相关技术细节可能因进一步改善而有所变更 2018.04.V1.0
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SENSING TOMORROW 智感未来
过程连接
过程连接选型
选项代码 部位
说明
H1
法兰/排 H型结构，双法兰，过程连接内螺纹
SENSING TOMORROW 智感未来
产品概述 简介
技术优势 精确的充灌液技术 双膜片过载结构 高 稳 定 性 ：<±0 . 1 % F. S . /年 极低的压力和温度滞后 内置温度敏感元件 可选多种隔离膜片材质，广泛满足防腐要求 体积小巧，易封装
SP38M单晶硅差压敏 快 速 货 期
* * * *
25MPa
3 1 6 L不 锈 钢
*
哈 氏 合 金C
常 温 硅 油 ， 适 用 直 接 接 触 温 度 范 围-45 -2 05℃
*
外 螺 纹M 2 7 * 2，GB / T 1 9 3 - 2 0 0 3，I S O 2 6 1 7 ， S US 3 0 4不 锈 钢
法兰 （H 1、H4）
90
输出方式选型
选型代码 S
类型 信号输出方式
说明 压力敏感元件信号输出
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SENSING TOMORROW 智感未来
尺寸图 接线 盒连接为（2）整机 尺寸图（ 单位：mm）