压阻式压力传感器
压阻式压力传感器
掩膜版
步骤四：标准淡硼预扩散或离子注入，在经过标准再分布或退火 形成方块电阻率在80-250W可控的压阻，结深1-3微米。
• 恒定表面源扩散：在整个扩散过程中，硅片表面的杂质浓度 始终不变。
• 有限表面源扩散：扩散之前在硅片表面先淀积一层杂质，在 整个扩散过程中以这层杂质作为扩散的杂质源，不再有新源 补充。
1 硅片的清洗处理
2涂胶：涂胶的目的是在硅片表面形成厚度均匀、附着性强、并且没有缺陷的光刻胶薄膜。
3 前烘：经过甩胶之后的光刻胶虽然液态的光刻胶已经成为固态的薄膜，但含有10%~ 30%的溶剂，容易沾染灰尘。通过在较高温度下进行烘焙，使溶剂从光刻胶中挥发出来。 4 对准与曝光：曝光的光源为紫外光的汞灯，形成平行光束垂直照射到硅片上。受到光照 的光刻胶发生光化学反应，其内部分子结构发生变化。 5 显影：把曝光后的基片放在显影液里，将应除去的光刻胶膜溶除干净，以获得所需要 光刻胶的图形。
2）湿氧氧化：氧气通过盛有950C高纯去离子水的石英瓶后携带水汽到硅片 表面发生氧化反应： Si+O2SiO2 Si+2H2OSiO2+2H2 优点：生长速率较快；缺点：与光刻胶粘附性不好。
（3）氢氧合成氧化：在常压下分别是将纯H2 和纯氧直接通入石英管内，使之在一定温度燃 烧生成水，水在高温下氧化后与硅反应生成 SiO2，生长速度比湿氧快，膜质量好、纯度高。
• 两步扩散：实际生产中的扩散温度一般为900~1200℃，在
这样的温度范围内，常用杂质，如硼、砷等在硅中的固溶度
随温度变化不大，因而采用恒定表面源扩散很难得到低表面
浓度的杂质分布形式。实际生产中将扩散过程分为两步完成。
其中第一步称为预扩散或者预淀积，第二步称为主扩散或再
压阻式压力传感器工作原理
压阻式压力传感器工作原理
压阻式压力传感器工作原理是基于电阻的变化原理。
传感器内部含有一个薄膜，该薄膜上涂有导电层，形成一个电阻。
当传感器受到外部压力作用时，薄膜会发生微小的弯曲，导致导电层上电阻的改变。
具体来说，当外部压力增加时，薄膜的弯曲程度会增大，导致电阻的值随之增加。
而当外部压力减小时，薄膜会恢复原状，导致电阻的值随之减小。
这种电阻和压力之间的关系可以通过压力传感器的电路进行测量和转换。
一般情况下，压阻式压力传感器会和一个电桥电路结合使用。
电桥电路由四个电阻组成，其中一个电阻为压阻传感器的电阻，另外三个为已知电阻。
当系统施加一个恒定的电压到电桥上时，电桥会输出一个电压信号，该信号的大小与压阻传感器的电阻值相关。
通过测量和分析电桥的输出信号，就可以得到与外部压力关联的电阻值。
进一步，可以经过校准和转换，将电阻值转换为实际的压力数值。
总的来说，压阻式压力传感器通过测量导电层电阻的变化，实现对外部压力的检测和测量。
这种传感器具有结构简单、成本低廉、响应速度快等优点，广泛应用于各种工业领域和仪器设备中。
压阻式压力传感器
压阻式压力传感器1. 引言压阻式压力传感器是一种用于测量压力的传感器。
该传感器的工作原理是通过应变电阻的变化来检测受力物体的压力。
它广泛应用于工业控制、汽车制造等许多领域。
本文将介绍压阻式压力传感器的工作原理、特点以及应用。
2. 工作原理压阻式压力传感器的工作原理基于应变电阻效应。
当传感器受到压力作用时，传感器内的金属薄片或薄膜会发生形变，导致金属材料的电阻值发生变化。
通过测量电阻值的变化，我们可以得知受力物体的压力大小。
通常，压阻式压力传感器由两个电极之间夹着一层薄膜或薄片构成。
当压力作用在传感器上时，薄膜或薄片会发生拉伸或压缩，从而改变电流的通道，使电阻值发生变化。
这种变化可以被测量电路检测到并转换为相应的电压或电流信号。
3. 特点压阻式压力传感器具有以下特点：•灵敏度高：由于应变电阻效应是线性的，压阻式压力传感器在测量范围内具有较高的灵敏度。
•稳定性好：传感器内部的金属材料通常经过特殊处理，以增加其稳定性和可靠性。
•宽测量范围：压阻式压力传感器可以适应广泛的测量范围，从几千帕到几百兆帕不等。
•耐用性强：传感器通常采用金属或陶瓷材料制成，具有较好的耐用性。
4. 应用压阻式压力传感器在许多领域有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：4.1 工业控制压阻式压力传感器可用于测量流体压力，如液体或气体。
在工业控制中，压力传感器常被用于监测管道或容器中的压力变化，以确保系统正常运行。
4.2 汽车制造压阻式压力传感器在汽车制造中起着重要作用。
它们可用于测量发动机燃油压力、轮胎气压等数据，以确保汽车的安全性和性能。
4.3 医疗设备压阻式压力传感器在医疗设备中也有应用。
例如，它们可用于测量患者的血压、呼吸气道压力等数据，以协助医生进行诊断和治疗。
4.4 环境监测压阻式压力传感器可用于环境监测，如大气压力、海洋水深等数据的测量。
这些数据对于气象研究、海洋科学等领域非常重要。
5. 总结压阻式压力传感器是一种用于测量压力的重要传感器。
压力传感器的原理
压力传感器的原理压力传感器是一种能够将压力信号转换为电信号输出的传感器，广泛应用于工业自动化控制、汽车电子、医疗设备等领域。
它的原理是利用一定的物理效应，将受力的变化转换为电信号输出，从而实现对压力的测量和控制。
压力传感器的原理主要包括以下几个方面：1. 压阻式原理。
压阻式压力传感器是利用压阻效应来实现对压力的测量。
当外力作用于传感器的敏感元件上时，敏感元件会发生形变，从而改变其电阻值。
通过测量电阻值的变化，就可以得到压力的大小。
这种原理的传感器简单、成本低，但精度较低，易受温度影响。
2. 容性原理。
容性压力传感器利用压力作用于传感器时，会改变传感器内部电容值的特性。
通过测量电容值的变化，就可以得到压力的大小。
这种原理的传感器具有较高的灵敏度和稳定性，但制造工艺复杂，成本较高。
3. 压电原理。
压电压力传感器是利用压电效应来实现对压力的测量。
当外力作用于传感器的压电晶体上时，会产生电荷的分布变化，从而产生电压信号输出。
通过测量电压信号的变化，就可以得到压力的大小。
这种原理的传感器具有高灵敏度、高稳定性和高精度，但制造工艺复杂，成本较高。
4. 光纤原理。
光纤压力传感器是利用光纤的光学原理来实现对压力的测量。
当外力作用于传感器上时，会改变光纤的折射率，从而改变光信号的传输特性。
通过测量光信号的变化，就可以得到压力的大小。
这种原理的传感器具有抗干扰性强、可靠性高的优点，但制造工艺复杂，成本较高。
总结：压力传感器的原理多种多样，每种原理都有其适用的场景和特点。
在实际应用中，需要根据具体的测量要求和环境条件选择合适的压力传感器。
随着科技的不断发展，压力传感器的原理和性能也在不断提升，为各行各业的应用提供了更加可靠和精准的压力测量解决方案。
总结压阻式压力传感器的一般检测方法
总结压阻式压力传感器的一般检测方法压阻式压力传感器是一种常用的测量压力的传感器，其原理是基于材料的压阻效应。
为了确保传感器的准确性和稳定性，需要进行一般的检测方法。
以下是总结的一般检测方法：1. 外观检查：首先，对压力传感器进行外观检查，包括检查传感器外壳是否完整、有无损坏，是否有明显的划痕或变形等。
确保传感器外观正常可靠。
2. 线路连接检查：检查传感器的电气连接，包括检查传感器与接收器之间的线路连接是否正确牢固，检查所有电连接器是否无松动或断裂。
确保传感器与电路之间的连接良好。
3. 零点检测：通过此检测方法，测量压力传感器在无压力状态下的输出信号。
将传感器暴露在零压条件下，记录输出信号。
正常情况下，压力传感器在无力作用时应输出稳定的零信号。
4. 线性度检测：线性度是指压力传感器输出与输入压力之间的直线关系。
可通过在一定范围内施加等间隔的压力，记录传感器的输出信号。
然后，根据斜率和截距计算其线性关系。
理想情况下，传感器应该有良好的线性关系。
5. 灵敏度检测：灵敏度是指压力传感器输出信号与输入压力变化之间的关系。
可以通过在不同压力范围内改变输入压力，并记录传感器的输出信号，计算出输出信号相对于输入信号的变化量。
传感器的灵敏度应保持稳定并与规格相符。
6. 温度特性检测：压力传感器的温度特性直接影响其测量的准确性。
进行温度特性检测时，将传感器暴露在不同的温度环境下，并记录传感器的输出信号。
比较传感器在不同温度下的输出，确保传感器对温度的响应在规格范围内。
总之，以上是总结的压阻式压力传感器的一般检测方法，通过这些方法可以确保传感器的质量和性能符合要求，提供可靠准确的压力测量结果。
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用的压力测量装置，其工作原理基于压阻效应。
在实际应用中，压阻式压力传感器可以用于汽车制动系统、工业自动化控制、医疗设备等领域。
下面我们将详细介绍压阻式压力传感器的工作原理。
1. 压阻效应。
压阻效应是指在材料受到外力作用时，其电阻发生变化的现象。
通常情况下，材料受到压力作用时，其电阻会随之变化。
这种变化可以通过测量电阻的大小来间接地反映受力情况，从而实现压力的测量。
2. 压阻式压力传感器的结构。
压阻式压力传感器通常由压阻薄膜和支撑结构组成。
当受到外力作用时，压阻薄膜会发生形变，从而导致其电阻发生变化。
通过测量电阻的变化，可以得知外力的大小，实现压力的测量。
3. 工作原理。
当压力作用在压阻式压力传感器上时，压阻薄膜会受到压力而发生形变。
这种形变会导致压阻薄膜电阻的变化，进而改变电路中的电流或电压。
通过测量电路中的电流或电压的变化，可以得知压阻薄膜受到的压力大小，从而实现对压力的测量。
4. 特点与应用。
压阻式压力传感器具有灵敏度高、响应速度快、结构简单等特点，因此在工业领域得到广泛应用。
例如，在汽车制动系统中，压阻式压力传感器可以实时监测制动液压力的变化，从而确保制动系统的安全可靠性。
在医疗设备中，压阻式压力传感器可以用于测量血压、呼吸等生理参数，为医生提供诊断依据。
总之，压阻式压力传感器利用压阻效应实现对压力的测量，具有灵敏度高、响应速度快等优点，适用于各种工业和医疗领域。
希望本文能够帮助读者更好地理解压阻式压力传感器的工作原理和应用。
压力传感器的原理和应用
压力传感器的原理和应用压力传感器是一种用于检测和测量压力变化的装置，广泛应用于各个领域。
本文将介绍压力传感器的原理以及其在不同领域的应用。
一、压力传感器的原理压力传感器的基本原理是根据弹性元件的形变来测量外界压力的变化。
弹性元件可以是金属薄膜、金属绞线、气体或液体等，在外界压力的作用下发生形变，通过检测这种形变来测量压力的大小。
1. 金属薄膜压力传感器原理金属薄膜压力传感器是最常见的一种类型。
它由金属薄膜贴附在载体上构成。
当外界压力作用于金属薄膜时，金属薄膜发生形变，形变后的电阻值发生变化，利用电桥测量这种变化可以得出压力的数值。
2. 压阻式压力传感器原理压阻式压力传感器将电阻与弹性元件相结合。
当外界压力作用于弹性元件时，导致电阻值的变化，通过测量电阻值的变化来计算压力大小。
3. 容性式压力传感器原理容性式压力传感器利用弹性体的变形引起的电容量的变化来测量压力。
当外界压力作用于弹性体时，弹性体形变，使电容量发生变化，通过测量电容量的变化来判断压力的大小。
二、压力传感器的应用领域压力传感器在许多领域中都有广泛的应用，下面将介绍其中几个常见的应用领域。
1. 工业自动化领域在工业自动化领域，压力传感器用于监测和控制各种工艺中的气体或液体的压力变化。
例如，在制造业中，通过监测设备中的气压来确保生产过程的稳定性和安全性。
2. 汽车领域压力传感器在汽车领域中扮演着至关重要的角色。
它们用于监测发动机中的油压、冷却系统中的压力以及制动系统中的液压压力。
这些信息可以用来确保发动机的正常运行和提供安全的制动性能。
3. 医疗领域在医疗领域，压力传感器用于监测患者体内的生理参数，如血压、呼吸压力等。
它们还被应用于手术设备和人工呼吸机等医疗设备中，以监测和调节压力。
4. 环境监测领域压力传感器在环境监测领域中的应用越来越广泛。
它们被用于监测气候变化、水位高度、大气压力等参数。
这些数据对于环境保护和天气预测等方面具有重要意义。
压阻式压力传感器测量压力特性实验
• 4、调节流量计旋钮，使气压表显示某一值，观察 电压表显示的数值。
• 5、仔细地逐步调节流量计旋钮，使压力在 2kPa～18kPa之间变化（气压表显示值），每上 升1kPa气压分别读取电压表读数，将数值列于表 中。
7ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1
需用器件与单元：主机箱中的气压 表、气源接口、电压表、直流稳压
电源±15V、 ±2V～±10V（步进可调）；压阻 式压力传感器、压力传感器实验模 板、引压胶管。下图为主机箱图。
2
3
实验步骤
• 1、按\示意图安装传感器、连接引压管和电路： 将压力传感器安装在压力传感器实验模板的传感 器支架上；引压胶管一端插入主机箱面板上的气 源的快速接口中（注意管子拆卸时请用双指按住 气源快速接口边缘往内压，则可轻松拉出），另 一端口与压力传感器相连；压力传感器引线为4芯 线(专用引线)，压力传感器的 1端接地，2端为输 出Vo＋，3端接电源＋4V，4端为输出Vo－。具 体接线见下图。
6
• 如果本实验装置要成为一个压力计，则必 须对电路进行标定，方法采用逼近法：输 入4kPa气压，调节Rw2（低限调节），使 电压表显示0.3V(有意偏小)，当输入16kPa 气压，调节Rw1（高限调节）使电压表显 示1.3V(有意偏小)；再调气压为4kPa，调 节Rw2（低限调节），使电压表显示 0.35V(有意偏小)，调气压为16kPa，调节 Rw1（高限调节）使电压表显示1.4V(有意 偏小)；这个过程反复调节直到逼近自己的 要求(4kpa对应0.4V，16kpa对应1.6V)即可。 实验完毕，关闭电源。
压阻式压力传感器的测量原理
压阻式压力传感器的测量原理压阻式压力传感器是一种常见的压力测量装置，其测量原理基于材料的电阻随外力变形而发生变化。
该传感器结构简单，成本低廉，广泛应用于汽车、航空、航天、工业自动化等领域。
压阻式压力传感器的测量原理是基于材料的电阻随外力变形而发生变化。
在传感器中，通常采用金属片、金属箔或碳膜等电阻材料作为敏感元件。
当外力作用于该材料时，材料会发生微小的变形，从而导致其电阻值发生变化，通过测量电阻值的变化来反映外力的大小。
具体来说，当外力作用于电阻材料时，材料内部的导体排列会发生微小的变化，从而导致内部电阻的变化。
这种变化可以通过测量传感器两端的电压或电流来反映。
压阻式压力传感器的工作原理可以用以下公式表示：ΔR/R = K * ΔL/L其中，ΔR表示电阻值的变化量，R表示电阻值，K表示电阻材料的灵敏度，ΔL表示电阻材料的变形量，L表示电阻材料的长度。
可以看出，当外力作用于电阻材料时，电阻值的变化量与变形量成正比，而与材料的长度无关。
压阻式压力传感器的优点在于结构简单、成本低廉、响应速度快、适用范围广等。
其缺点在于精度相对较低，易受到温度和湿度的影响，需要进行温度和湿度的补偿。
在实际应用中，压阻式压力传感器通常需要经过校准才能获得准确的测量结果。
校准的过程包括确定灵敏度、线性度、重复性、稳定性等参数，并进行误差补偿和温度补偿等操作。
此外，传感器的安装位置和方式也会影响测量结果的准确性，因此需要进行合理的安装和布线。
压阻式压力传感器是一种常见的压力测量装置，其测量原理基于材料的电阻随外力变形而发生变化。
通过测量电阻值的变化量来反映外力的大小，具有结构简单、成本低廉、响应速度快、适用范围广等优点。
但其精度相对较低，易受到温度和湿度等环境因素的影响，需要进行校准和补偿。
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压力传感器，它可以将外界施
加在其上的压力转化为电信号输出，被广泛应用于工业自动化、汽
车电子、医疗器械等领域。
那么，压阻式压力传感器是如何工作的呢？接下来，我们将详细介绍其工作原理。
首先，压阻式压力传感器的核心部件是由敏感材料制成的压阻
薄膜。
当外界施加压力时，压阻薄膜会发生形变，从而改变其电阻值。
这种电阻值的变化与外界压力成正比，因此可以通过测量电阻
值的变化来间接测量外界压力的大小。
其次，压阻式压力传感器通常采用电桥电路来测量压阻薄膜的
电阻值变化。
电桥电路由四个电阻组成，当压阻薄膜的电阻值发生
变化时，会导致电桥电路中的电压变化。
通过测量这种电压变化，
就可以得到外界施加在压阻薄膜上的压力大小。
此外，为了提高测量精度，压阻式压力传感器通常还会配备温
度补偿电路。
由于压阻薄膜的电阻值受温度影响较大，为了消除温
度对测量结果的影响，温度补偿电路会实时监测传感器的工作温度，并根据温度变化来调整电路参数，以保证测量结果的准确性。
最后，压阻式压力传感器的输出信号通常为模拟信号，需要经过模数转换电路转换为数字信号，然后再通过数据处理单元进行处理，最终得到压力的数字化结果。
这样的数字化结果可以直接用于控制系统的反馈控制、数据采集和显示等应用。
总结一下，压阻式压力传感器的工作原理主要包括压阻薄膜的电阻值变化、电桥电路的测量、温度补偿和信号处理等环节。
通过这些环节的协同作用，压阻式压力传感器可以准确、稳定地将外界压力转化为电信号输出，为各种应用提供了可靠的压力测量手段。
压阻式压力传感器
压阻式压力传感器压阻式压力传感器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。
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）。
变、流量、真空度）的测量和控制（见加速度计）。
压阻效应压阻效应 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硅的压阻效应不同于金属应变计（见电阻应变计）（见电阻应变计）（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，率的变化，后者电阻的变化则主要取决于几何尺寸的变化后者电阻的变化则主要取决于几何尺寸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），（应变），（应变），而且前者的灵敏度比后而且前者的灵敏度比后者大50～100倍。
倍。
压阻式压力传感器的结构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。
压力传感器工作原理
压力传感器工作原理压力传感器是一种用于测量和监测压力的装置，广泛应用于工业自动化、航空航天、汽车、医疗设备等领域。
它能够将压力信号转换为电信号，从而实现对压力变化的监测和控制。
一、压力传感器的基本原理压力传感器的基本原理是利用压力作用在传感器敏感元件上产生的变形来测量压力。
常见的压力传感器敏感元件有压阻式、电容式、电感式等。
1. 压阻式压力传感器压阻式压力传感器是最常见的一种类型，它利用金属薄膜或者金属丝电阻的变化来测量压力。
当压力作用在敏感元件上时，敏感元件会发生弯曲或者拉伸，从而导致电阻值的变化。
通过测量电阻值的变化，就可以得到压力的大小。
2. 电容式压力传感器电容式压力传感器利用电容的变化来测量压力。
它由两个平行的金属板组成，当压力作用在金属板上时，会导致金属板之间的距离发生变化，从而改变了电容值。
通过测量电容值的变化，就可以得到压力的大小。
3. 电感式压力传感器电感式压力传感器利用电感的变化来测量压力。
它由一个线圈和一个铁芯组成，当压力作用在铁芯上时，会导致铁芯的位置发生变化，从而改变了线圈的电感值。
通过测量电感值的变化，就可以得到压力的大小。
二、压力传感器的工作原理压力传感器的工作原理可以简单分为三个步骤：感知压力、转换信号、输出信号。
1. 感知压力压力传感器通过敏感元件感知压力的变化。
当压力作用在敏感元件上时，敏感元件会发生形变，这个形变可以是弯曲、拉伸或者压缩等。
敏感元件的形变程度与压力的大小成正比。
2. 转换信号感知到压力的变化后，压力传感器会将这个变化转换为电信号。
不同类型的压力传感器会采用不同的转换方式，如压阻式压力传感器通过测量电阻值的变化来转换信号，电容式压力传感器通过测量电容值的变化来转换信号，电感式压力传感器通过测量电感值的变化来转换信号。
3. 输出信号转换为电信号后，压力传感器会将信号输出给外部设备进行处理。
输出信号的形式可以是摹拟信号或者数字信号。
摹拟信号普通是电压或者电流的变化，它们的大小与压力的变化成正比。
压阻式压力传感器原理
压阻式压力传感器原理
压阻式压力传感器是一种常用的压力测量设备，主要基于材料的压阻效应工作原理。
它由一块特殊的薄膜材料制成，薄膜上有一个小细窗口，当外部施加压力时，压力作用在细窗口上，导致薄膜的形状发生微小变化。
薄膜上附着有细小的电阻器，当薄膜发生变形时，电阻器受到拉伸或压缩，其电阻值也相应发生变化。
薄膜上的电阻器构成了一个电阻网络，通过测量这个网络的电阻值变化，就可以间接测量出外部施加在薄膜上的压力。
具体来说，压阻式压力传感器通常采用桥式电路来测量压力对电阻值的影响。
传感器的电阻网络中有一个电桥，包括两个平衡电阻和两个压阻电阻（即变化的电阻）。
当压力传感器没有受到外部压力时，电桥处于平衡状态，输出电压为零。
当外部施加压力时，压阻电阻会发生变化，导致电桥不再平衡。
此时测量电路就会输出一个与压力大小成正比的电压信号。
通过测量输出电压值，就可以获得外部施加在压力传感器上的压力值。
压阻式压力传感器具有结构简单、制作成本低廉的优点，但同时也有一些局限性，例如灵敏度较低，易受到温度影响等。
为了提高其性能，常常需要对其进行温度和线性校准，以确保测量结果的准确性和稳定性。
压阻式压力传感器.pptx
专业
专注
专心
《化工仪表与自动化控制》
——压阻式压力传感器
工作单位：山东轻工职业学院
Hale Waihona Puke 主讲：石飞一、压阻式压力传感器
压阻式压力传感器利用单晶硅的压阻效应而构成。 采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺， 在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶 硅片置于传感器腔内。 当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变 电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压 输出信号。
一、压阻式压力传感器
精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、 重量轻、结构简单；
便于实现显示数字化；
可以测量压力，稍加改变，还可以测量差压、高度、速 度、加速度等参数。
一、压阻式压力传感器
图1 压阻式压力传感器 1—基座；2—单晶硅片；3— 导环；4—螺母；5—密封垫圈；
6—等效电阻
谢谢大家！
压阻式压力传感器
第二节压阻式传感器固体受到作用力后，电阻率就要发生变化，这种效应称为压阻效应。
半导体材料的这种效应特别强。
利用半导体材料做成的压阻式传感器有两种类型：一种是利用半导体材料的体电阻做成的粘贴式应变片；另一类是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成扩散电阻，称扩散型压阻传感器。
压阻式传感器的灵敏系数大，分辨率高。
频率响应高，体积小。
它主要用丁测量压力、加速度和载荷参数。
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。
1.基本工作原理根据式（2— 3）芸Qf式中，项，对金届材料，其值很小，可以忽略不计，对半导体材料，项很大，半导体电阻率的变化为——砧=〃 f (2 - 22)式中巧为沿某晶向的压阻系数，。
为应力，耳为半导体材料的弹性模量。
如半导体硅材料，遗I。
％", "一6"105七则S八扁=5。
〜13,此例表明，半导体材料的灵敏系数比金届应变片灵敏系数（1 + 2卜）大很多。
可近似认为典=圈半导体电阻材料有结晶的硅和错，掺入杂质形成P型和N型半导体。
其压阻效应是因在外力作用下，原子点阵排列发生变化，导致载流子迁移率及浓度发生变化而形成的。
由丁半导体（如单晶硅）是各向异性材料，因此它的压阻系数不仅与掺杂浓度、温度和材料类型有关，还与晶向有关。
所谓晶向，就是晶面的法线方向。
晶向的表小方法有两种，一种是截距法，另一种是法线法。
1 .截距法设单晶硅的晶轴坐标系为X、y、z,(2 — 23)如图2 — 29所示，某一晶面在轴上的截距分别为r、s、t1/r、1/s、1/t为截距倒数，用r、s、t的最小公倍数分别相乘，获得三个没有公约数的整数a、b、c,这三个数称为密勒指数，用以表示晶向，记作〈a bc〉，某数(如a)为负数则记作〈五b c〉。
例如图2— 30(a)，截距为一2、一£1 12、4,截距倒数为一^、一^、日，密勒指数为〈2 ^1〉。
压阻式压力传感器
压阻式压力传感器简介压阻式压力传感器是一种常见的传感器，用于测量各种物体的压力。
它采用了压阻效应，当外界施加压力时，传感器的阻值会发生变化，通过测量阻值的变化可以得知压力的大小。
压阻式压力传感器具有灵敏度高、价格低廉等优点，广泛应用于工业控制、汽车电子、医疗设备等领域。
压阻效应压阻效应是指在材料受到外界压力作用下，其电阻发生变化的现象。
这种变化可以通过的压阻式压力传感器来测量和利用。
压阻效应主要有以下两种：1.金属应变效应：当金属受到压力时，其晶格结构会发生变形，导致电阻值的变化。
这种效应是因为金属的电阻率与其晶格结构有关。
2.电子隧穿效应：当两个材料之间存在微小的空隙时，当外界压力作用于这两个材料时，空隙的宽度会发生变化，从而改变了电子的隧穿概率。
这种效应主要用于微小压力的测量，如气体压力传感器。
结构和工作原理一般来说，压阻式压力传感器由以下几个主要部分组成：1.压敏元件：压敏元件是压力传感器的核心部分，其阻值受外界压力的影响而变化。
常见的压敏元件有薄膜电阻、应变片等。
2.扩散层：扩散层用于保护压敏元件免受外界的损害，并使压力能够均匀地传递到压敏元件上。
3.绝缘层：绝缘层用于隔离压敏元件与其他部分，防止电流泄漏和干扰。
4.连接线：连接线用于将压敏元件的阻值变化转化为电信号，并输出给外部设备进行处理。
压阻式压力传感器的工作原理如下：1.当外界施加压力时，压力会通过扩散层传递到压敏元件上。
2.压敏元件的阻值随着压力的变化而变化。
3.连接线将变化的阻值转化为相应的电信号，并输出给外部设备进行处理和显示。
应用领域压阻式压力传感器具有广泛的应用领域，以下是几个常见的应用领域：1.工业控制：压阻式压力传感器被广泛用于工业自动化控制中，用于监测和控制各种工艺参数。
2.汽车电子：压阻式压力传感器在汽车电子中起着重要作用，用于发动机控制、制动系统、气囊系统等。
3.医疗设备：压阻式压力传感器被应用于医疗设备中，用于监测患者的生命体征，如血压测量、呼吸监测等。
压力传感器的分类及应用原理
压力传感器的分类及应用原理1.压阻型压力传感器：压阻型压力传感器是最常见的一种类型。
它基于电阻的变化来测量压力。
传感器内部有一层薄膜或弹簧，在受到压力后，薄膜或弹簧的形变会引起电阻值的变化。
测量电路可以通过测量电阻值的变化来推断压力的大小。
压阻型压力传感器具有简单、可靠的特点，广泛应用于工业控制、汽车行业等领域。
2.容积型压力传感器：容积型压力传感器利用物体受力后体积的变化来测量压力。
传感器内部有一个容积随压力变化的腔室，当腔室受到压力时，体积发生变化，通过测量体积的变化来推断压力的大小。
容积型压力传感器具有高精度、广泛测量范围和可靠性高的优点，应用于航空航天、石油化工等领域。
3.集成气压传感器：集成气压传感器是一种基于硅微加工技术制造的压力传感器。
它采用微电子制造工艺，在硅片上制作出细微的结构，通过这些结构的形变量测压力。
集成气压传感器的特点是小巧、高精度，适用于便携式设备和智能穿戴设备等领域。
4.电容型压力传感器：电容型压力传感器是利用电容的变化来测量压力。
传感器内部有两个带电板，当受到压力时，板间距发生变化，进而导致电容值的变化。
通过测量电容值的变化可以推断压力的大小。
电容型压力传感器具有高灵敏度和高精度的优点，广泛应用于医疗设备、环境监测等领域。
压力传感器具有广泛的应用领域，包括但不限于工业自动化、汽车行业、医疗设备、航空航天等。
在工业自动化中，压力传感器用于测量液体或气体的压力，监控设备的工作状态。
在汽车行业中，压力传感器被广泛应用于发动机控制、轮胎压力监测等方面。
在医疗设备中，压力传感器可用于血压测量、人工呼吸机等。
在航空航天领域，压力传感器用于飞机的气压监测、气动控制等。
总之，压力传感器根据其测量原理和应用场景的不同，可以分为压阻型、容积型、集成气压型和电容型等多种类型。
这些传感器的工作原理各有不同，但都可用于测量物体的压力。
压力传感器在工业和生活中有着广泛的应用，为各个领域的控制和监测提供了重要的技术支持。
压阻式压力传感器原理及其应用
压阻式压力传感器原理及其应用压阻式压力传感器是一种常用的力与位移测量装置，利用材料的压阻效应来实现压力的测量。
它的原理是通过将存在压力的物体和传感器的敏感元件之间产生机械接触，使得敏感元件受压弯曲，从而改变其电阻值。
压阻式压力传感器的核心技术就是敏感元件的压阻材料。
压阻材料通常是导电材料，如硅、硅胶、塑胶等。
当材料受到外力压缩时，其电阻值会随之改变。
这是因为在压力作用下，材料内部电荷的分布发生变化，导致材料的电阻值发生变化。
通过测量电阻值的变化，就可以得知压力的大小。
1.精度高：利用材料的压阻效应来进行压力测量，具有较高的测量精度。
2.反应快：由于无需机械部件的运动，响应时间较短。
3.可靠性高：采用固态结构，不易受到外界振动、冲击的影响。
4.安装简单：可以直接安装在被测压力物体之上，使用方便。
1.工业自动化：用于监测液体和气体的压力，广泛应用于工业自动化系统中。
如压力控制、压力调节、管道检测等。
2.汽车工业：用于汽车制动液和胎压的监测。
通过测量汽车轮胎的压力，可以保证行驶安全。
3.医疗设备：用于测量血压、气体浓度等医疗参数，为医疗设备提供准确的数据支持。
4.污水处理：用于监测和控制污水处理系统中的压力和流量，保证系统的正常运行。
5.空调系统：用于监测空调系统中的制冷介质的压力，以调节和控制空调的制冷效果。
6.水压调节：用于监测水源、供水管道和管网的压力，以保证供水的稳定性。
总结来说，压阻式压力传感器利用材料的压阻效应实现压力测量，具有精度高、反应快、可靠性高和安装简单等特点，广泛应用于工业自动化、汽车工业、医疗设备、污水处理、空调系统和水压调节等领域。
(完整版)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，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，按这种原理设计的传感器称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 ?，通常为120 ?，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。
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，弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时，电阻片也跟随变形。
如下图所示。
B为栅宽，L为基长。
材料的电阻变化率由下式决定：R Ad d d（1）R A式中；R—材料电阻由材料力学知识得；[(12)(12)]dRR C K (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RLK K R L (3) 由式(2)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。
1.3电阻应变式传感器的分类及特点测低压用的膜片式压力传感器常用的电阻应变式压力传感器包括测中压用的膜片——应变筒式压力传感器测高压用的应变筒式压力传感器1.3.1膜片——应变筒式压力传感器的特点该传感器的特点是具有较高的强度和抗冲击稳定性，具有优良的静态特性、动态特性和较高的自震频率，可达30khz 以上，测量的上限压力可达到9.6mp a 。
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第二节压阻式传感器
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。
半导体材料的这种效应特别强。
利用半导体材料做成的压阻式传感器有两种类型：一种是利用半导体材料的体电阻做成的粘贴式应变片；另一类是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成扩散电阻，称扩散型压阻传感器。
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。
1.基本工作原理
根据式（2－3）
式中，项，对金属材料，其值很小，可以忽略不计，对半导体材料，
项很大，半导体电阻率的变化为
(2－22)
式中为沿某晶向的压阻系数，σ为应力，为半导体材料的弹性模量。
如半导体硅材料，, ，则
，此例表明，半导体材料的灵敏系数比金属应变片灵敏系数(1＋2μ)大很多。
可近似认为。
半导体电阻材料有结晶的硅和锗，掺入杂质形成P型和N型半导体。
其压阻效应是因在外力作用下，原子点阵排列发生变化，导致载流子迁移率及浓度发生变化而形成的。
由于半导体（如单晶硅）是各向异性材料，因此它的压阻系数不仅与掺杂浓度、温度和材料类型有关，还与晶向有关。
所谓晶向，就是晶面的法线方向。
晶向的表示方法有两种，一种是截距法，另一种是法线法。
1．截距法设单晶硅的晶轴坐标系为x、y、z，
如图2－29所示，某一晶面在轴上的截距分别为r、s、t
(2－23)
1/r、1/s、1/t为截距倒数，用r、s、t的最小公倍数分别相乘，获得三个没有公约数的整数a、b、c，这三个数称为密勒指数，用以表示晶向，记作〈a b
c〉，某数（如a）为负数则记作〈 b c〉。
例如图2－30(a)，截距为－2、－
2、4，截距倒数为－、－、，密勒指数为〈1〉。
图2－30(b)截距为
1、1、1，截距倒数仍为1、1、1，密勒指数为〈1 1 1〉。
图2－30(c)中ABCD 面，截距分别为1、∞、∞，截距倒数为1、0、0，所以密勒指数为〈1 0 0〉。
2．法线法如图2－29所示，通过坐标原点O，作平面的法线OP，与x、y、z轴的夹角分别为α、β、γ。
(2－24)
cosα、cosβ、cosγ为法线的方向余弦，如果法线p的大小与方向已知，则该平面就是确定的。
如果只知道p的方向，而不知道大小，则该平面的方位是确定的。
若通过p在x、y、z坐标系中作长方形，与x、y、z的交点分别为L、M、N。
方向余弦也可用l、m、n来表示，其中，，。
对同一个平面，则可由（2－23）式或（2－24）式表示，则由（2－24）得
(2－25)
比较式（2－23）与式（2－25）则有
可见，用密勒指数或用方向余弦皆可表示晶向。
为了求取任意晶向的压阻系数，必须先了解晶轴坐标系内各向压阻系数。
如果将半导体材料沿三个晶轴方向取一微单元，如图2－31所示。
当受有作用力，微单元上的应力分量应有9个，只是剪切应力总是两两相等，即，，。
因此应力分量中仅有6个独立分量。
即
、、、、、。
有应力就会产生电阻率变化，6个独立应力分量可在6个相应方向产生6个独立
电阻率变化，若电阻率变化用符号表示，则相应为、、、、、，电阻率的变化率与应力之间的关系是由压阻系数表征，则可列成下表根据上表，可写出下列矩阵方程
矩阵中的压阻系数有如下特点：
1．剪切应力不可能产生正向压阻效应，矩阵中右上块内各分量应
为零，即
；
2．正向应力不可能产生剪切压阻效应，矩阵中左下块内各分量应为零，即
；
3．剪切应力只能在剪切应力平面内产生压阻效应，因此只剩下、、三项。
而其余。
4．单晶硅是正立方晶体，考虑到正立方体的对称性，则正向压阻效应应相等，故；
横向压阻效应应相等，故；
剪切压阻效应应相等，故。
因此压阻系数的矩阵为
(2－26)
由此矩阵可以看出，独立的压阻系数分量只有、、三个，称为纵向压阻系数；称为横向压阻系数；称为剪切压阻系数。
必须强调的是，
上列矩阵是相对晶轴坐标系推导得出的，因此、、是相对三个晶轴方向而言的三个独立分量。
当电阻方向不在晶轴方向时，或应力不在晶轴方向时，压阻张量要从一个坐标系变换到晶体主轴坐标系。
计算较复杂，这里不进行讨论。
当硅膜比较薄时，可以略去沿硅膜厚度方向应力，三维向量就简化成了一个二维向量，任何一个膜上的电阻在应力作用下的电阻相对变化为：
(2–27)
式中——纵向压阻系数
——横向压阻系数
——纵向应力
——横向应力
3.温度误差及其补偿
由于半导体材料对温度比较敏感，压阻式传感器的电阻值及灵敏系数随温度变化而变化，将引起零漂和灵敏度漂移。
图2－32所示在不同杂质浓度下，P型硅的压阻系数与温度的关
系。
掺杂浓度较低时，压阻系数较高，而它的温度系数也较大，反之，掺杂浓度高时，它的温度系数可以很小，但压阻灵敏度系数太低。
一般不采用高掺杂的办法来降低温度误差。
压阻式传感器一般扩散四个电阻，并接入电桥。
当四个扩散电阻阻值相等或相差不大，温度系数也一样，则电桥零漂和灵敏度漂移会很小，但工艺上很难实现。
零位温漂一般可用串、并联电阻的方法进行补偿。
如图2－33所示，串联电阻R s起调零作用，并联电阻R P则主要起补偿作用，R P是负温度系数电阻，当然R4上并联正温度系数电阻也可以。
R s、R P值和温度系数要选择合适。
要根据四臂电桥在低温和高温下实测电阻值计算出来，才能取得较好的补偿效果。
电桥的电源回路中串联的二极管是补偿灵敏度温漂的。
二极管的
PN结压降为负温度特性，温度每升高1℃，正向压降减小1.9～2.4mV。
若电源采用恒压源，电桥电压随温度升高而提高，以补偿灵敏度下降。
所串联二极管数，依实测结果而定。
4.压阻式传感器举例
１.半导体应变式传感器
这种传感器常用硅、锗等材料做成单根状的敏感栅，
如图2－30所示：
其使用方法与金属应变片相同。
因为
式中（1＋2μ）项是半导体材料几何尺寸变化引起的，与一般电阻丝式相差不多，而项是压阻效应引起的，其值比前者大近百倍，故（1＋2μ）项可忽略，因此半导体应变片的灵敏系数近似为。
半导体应变片的突出优点是灵敏系数很大，可测微小应变，尺寸小，横向效应和机械滞后也小。
主要缺点是温度稳定性差，测量较大应变时，非线性严重，必须采取补偿措施。
此外，灵敏系数随拉伸或压缩而变，且分散性大。
2.压阻式压力传感器
压阻式压力传感器又称扩散硅压力传感器。
结构如图2－31(a)所示，
其核心部分是一块沿某晶向(如〈1 0〉)切割的N型的圆形硅膜片
（见图2－35(b)）。
在膜片上利用集成电路工艺方法扩散上四个阻值相等的P型电阻。
用导线将其构成平衡电桥。
膜片的四周用圆硅环（硅杯）固定，其下部是与被测系统相连的高压腔，上部一般可与大气相通。
在被测压力P作用下，膜片产生应力和应变。
膜片上各点的应力分布由式（2
－20）和式（2－21）给出。
当时，径向应力为零值。
四个电阻沿〈1 1 0〉晶向并分别在x=0.635r处的内外排列，在0.635r之内侧的电阻承受的为正值，即拉应力（见图2－25(b)），外侧的电阻承受的是负值，即压应力。
由于〈1 1 0〉晶向的横向为〈0 0 1〉，因此，，代入式（2－29）
内外电阻的相对变化为
式中、——内、外电阻上所承受径向应力的平均值。
设计时，要正确地选择电阻的径向位置，使,因而使。
使四个电阻接入差动电桥，初始状态平衡，受力P后，差动电桥输出与P相对应。
为了保证较好的测量线性度，要控制膜片边缘处径向应变。
而膜片厚度为
h≥
式中——;膜片边缘允许的最大径向应变。
压阻式压力传感器由于弹性元件与变换元件一体化，尺寸小，其固有频率很高，可以测频率范围很宽的脉动压力。
固有频率可按下式计算
式中——硅片的密度（kg/m2）
压阻式压力传感器广泛用于流体压力、差压、液位等的测量。
特别是它的体积小，最小的传感器可为0.8mm，在生物医学上可以测量血管内压、颅内压等参数。
3.压阻式加速度传感器
压阻式加速度传感器采用单晶硅作悬臂梁，在其近根部扩散四个电阻，见图2－33。
当梁的自由端的质量块受到加速度作用时，在梁上受到弯矩和应力，使电阻值发生变化。
电阻相对变化与加速度成正比。
由四个电阻组成的电桥将产生与加速度成正比例电压输出。
为了保证传感器输出有较好的线性度，悬臂梁根部的应变不应超过400～
500，可由下式计算
式中m—质量块质量
l—梁长度
b—梁宽度
h—梁高度
压阻式加速度传感器测量振动加速度时，固有频率应按下式计算
在设计时，恰当地选择传感器尺寸及阻尼系数，则可用来测量低频加速度与直线加速度。