硅压阻式轮胎气压传感器电路设计
202006 - 第6章 硅压阻式传感器【传感器技术案例教程】
d L L σL — 轴向应力 (Pa)； πL — 压阻系数(Pa-1 )，单位应力引起电阻率相对变化量
电阻变化率
dR R
d
dL L
2
dL L
L E
2
1 L
KL
常用半导体材料弹性模量 1.3×1011～1.9×1011 Pa，压阻系数 50×10-11～138×10-11 Pa-1，故 πLE 范围 65～265；半导体压阻 效应等效应变灵敏系数远大于金属
n 12 11 12 44 0 12
(001)面上<010>晶向 纵向、横向示意图
→ 对 P 型硅，本算例压阻效应为零；应采用 N 型硅
(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
3. 计算实例
(2) 计算(100)面上 011 晶向纵向、横向压阻系数
44
44
P 型硅(空穴导电)可忽略 π11、π12； π44＝138.1×10-11 Pa-1； N型硅(电子导电)可忽略 π44 ； π12 ≈ -0.5π11；π11= -102.2×10-11 Pa-1
(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
7.044107 Pa
圆平膜片结构
在上述压力范围，考虑非线性的压力-位移特性，与线性情况
相比，最大相对偏差 -0.062％；
→ 圆平膜片具有较好线性特性
(第6章 硅压阻式传感器)
6.2 硅压阻式传感器的典型实例
6.2.1 硅压阻式压力传感器
2. 圆平膜片几何结构参数设计【讨论一计算实例】 取圆平膜片半径 R=1mm；则厚度 H=0.061mm=61μm； 边界结构参数为
硅压阻式轮胎气压传感器电路设计
［ １ ） （ ＋ ｒ］ （ ＋ 口 一 ３ ）
ＡＥ１ ＜ ＋ ） 一 （ ＋ ３ ｒ］ 口 １ ）。
Ａ ＝ ＝ ＝
（） １
（） ２
（ 一（ ） （） ６
＝
Ｒ
一
… ＫＥ
（） ７
作者简介： 刘文光（ ９ ７） 男， １ ７ 一， 山东泰安人 ， 青岛理 工大学在
式 中。 为泊松 比 ， 为离 圆心 的 径 向距 离 ， 硅 ｒ ｈ为
膜 厚度 。
压变化 。硅 压阻式压 力传感 器 的特点 是灵敏 度高 、 测 量范 围宽 、 率响应好 、 于微小 型化 、 作可靠 频 易 工
和寿命 长 。由于硅 压 阻式 压力 传感 器 能满 足 轮胎
膜 片 内任 一 点的径 向和切 向应 变分别 为 ：
￡ 一 （ １一 。 （ 一 ３ 。 ）口 ｒ） （ ） ３
气压检测 对传感器 的要 求 ， 因此可用 作轮胎气 压传
感器。本文介绍硅压阻式压力传感器电路设计。
１ 工作 原理及 电源选择
￡ ＝
（ １一 ） ａ Ｃ 一
（ ） ４
式 中 ， 为材料 的 弹性 模量 。 Ｅ
—
．
一
一
／＼
（ 变计区） 应 压 力（ ） ，
｜
（ 变计 区） 应
输 出灵敏度一 致且具有互换 性 ， 电路设 计及调 整更 方便 。传感 器元件 一 般是 具有 一定 形 状 的应 变元
件， 受压力作用 时 ， 电阻发生 变化 ， 而引起输 出电 从
图 ｌ 硅 压 阻 式压 力传 感 器 基 本 结构
维普资讯
第 ５期
刘文光 ．硅压阻式轮胎气压传感器电路设计
一种硅微压阻式压力传感器的研究
ｍ ｍ ｌ ａｉ ｅｐｅｏｅｉｏ ｅ ｒ ｉｅ ｍ ｒ ｅｔｅｓｎｉｖｔ Ｆ ｒ ｅｍ ｒ，ｈ ｔ ｓ ｄｓ ｉｕ ｕ ，ｏ ｔ ｎｏ ｔ ｉ ｒ ｓ ｒｉ ｄ ｔ ｍ ｎ ｄｔ ｉｐ ｏ ｈ ｅ ｓ ｉ ｙ ｕｔ ｒ ｏｅ ｔｅｓ ｅｓ ｉｒ — ｃ ｏ ｆｈ ｚ ｓｔ ｓ ｅ ｏ ｖ ｔｉ． ｈ ｒ ｔｂ ｔ ｎｉ ｓ ｌｔｄｆｒ ｉｅｅ ｔ ｒｓｕｅｔ ｏ ｔ ｎｒｌ ｉｎｓｈ ｍｅｂ ｔｅ ｎｉ ｕ ｄｏｔｕ ａｕ ｎ ｅｋ ｉ ｉ ａｅ ｆ ｒｎ ｅｓ ｒ ｏ ｂａ ｅ ｏ ｃｅ ｅｗ ｅ ｐ ｔ ｕ ｔ ｌｅａｄｐ ａ ｏ ｓ ｍｕ ｏｄ ｐ ｉ ａ ｔ ｎ ａ ｎ ｐ ｖ ｓ ｅｓ ｈｓｓ ｄ ｐ ｏｉｅ ｆ ｒｎ ｅ ｏ ｅｉ ｎ ｔ ｚ ｉ ｔｅ ｃｏ ｒｓｕｅ ｅ ｓｒ ｔ ｓ． ｉ ｔ ｙ ｒｖｄ ｓ ｒ ｅｅ ｃ ｆ ｒ ｓ ｎａ ｄｏ ｉ ａ ｏ ｏ ｈ ｒ ｐｅｓｒ ｓｎｏ． ｒ Ｔ ｕ ａｅ ｄ ｇ ｐ ｍｉ ｎｆ ｔ ｍｉ
算， 确定 了压敏 电 阻最佳放置位 置， 高灵敏度 ； 各个不 同的压 力下仿 真 出应力分布 图、 出输 入一 来提 并在 得
输 出关系图及应力峰值。研究为压阻式微压力传感器的结构以及优化、 稳健设计提供 了 一定参考。 关 键词 ： 压力传 感器 ； 敏 电阻 ； 微 压 弹性膜 片 ； 真 仿 【 ｂｔａｔ ｈ ｒ ｓｒ ｓｎｏ ｏ ｉ ｏ ｐｅｏｉｉ ｉ ０Ｐ ｌ ｓ ｌ ｓａ ｎ ｙ ｄａｄ Ａ ｓ ｃ］Ｔｅｐｅ ｕｅ ｅｓｒ ｆ ｍｃ ｉ ｓ ｔｅｗｔ ２ｋ ａ ｕ ｃ ｅ ｐ ｎｉ ａａ ｚ ， ｒ ｓ ｒ ｚ ｓｖ ｈ ｆ ｌ ａ ｓ ｌ ｅ ｎ
第 １ 期 ２１ ０ ２年 １ 月
文 章 编 号 ：０ １ ３９ （ ０ ２ ０ — １３ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ）１ ０ ０ — ３
一种硅压阻式压力传感器温度补偿算法及软件实现-基础电子
一种硅压阻式压力传感器温度补偿算法及软件实现-基础电子摘要：硅压阻式压力传感器的零点温度漂移和灵敏度温度漂移是影响传感器性能的主要因素之一，如何能使该类误差得到有效补偿对于提高其性能很有意义。
通过对硅压阻式压力传感器建立高阶温度补偿模型进行温度误差补偿是一种有效的方法，并在该模型基础上给出了拟合系数计算方法，并用Matlab GUI 软件来实现温度补偿系数计算，进而实现传感器输出的动态温补，达到了很好的输出线性性。
实验结果表明，补偿后传感器输出的非线性误差小于0.5% F.S.0 引言硅压阻式压力传感器利用半导体材料的压阻效应来进行压力测量，以其体积小、灵敏度高、工艺成熟等优点，在各行业中得到了广泛应用。
实际工程应用中由于硅材料受温度的影响，导致零点漂移和灵敏度漂移，因此温度补偿问题是提高传感器性能的一个关键环节。
目前压力传感器主要有两种温度补偿方法：硬件补偿和软件补偿。
硬件补偿方法存在调试困难、精度低、成本高、通用性差等缺点，不利于工程实际应用；利用数字信号处理技术的软件补偿能够克服以上缺点，也逐渐成为研究热点。
目前软件补偿的方法主要有：查表法、二元插值法、BP神经网络法、小波神经网络方法、曲线曲面拟合方法等。
查表法需要占用很大内存空间，而神经网络方法存在网络不稳定、训练时间较长的缺点不利于工程应用。
在研究各类软件补偿方法的基础上对压力传感器采用建立高阶温度补偿模型进行温度误差补偿，并且在Matlab GUI软件平台下实现高阶温度补偿系数的计算，通过实验对该方法进行验证。
1 高阶温度补偿模型的建立1.1 高阶温度补偿建模压力传感器输出非线性误差主要是由零点温度漂移和灵敏度温度漂移产生，零点温度漂移是由于电阻掺杂不同而导致电阻的温度系数不同，灵敏度温度漂移主要由于压阻系数易随温度的升高而减少。
针对温度对传感器输出影响，采用对零点温度漂移和灵敏度漂移建立高阶补偿模型进行统一补偿，补偿后压力值Press（T ）表示为温度传感器电压输出VT 和压力传感器电压输出VP 的函数：将Press（T ）补偿转换成曲面拟合问题，采用高阶多项式拟合方法构造曲面方程：式中系数矩阵中元素CI,J 是式（2）中VP VT 项对应系数。
硅压阻式压力传感器四线制自动补偿验证测试系统设计
本文设计的测试系统，采用四线制压力传感器温度补偿测试的 方案，测试时连接方式如图 2 所示，分别依次单独关闭开关 KR1、 KR2、KR3、KR4，并用万用表 G 测量网络电路阻值 Rk1、Rk2、Rk3、 Rk4，可得桥路电阻阻值。
208
多年来随着测量与控制设备的迅猛发展，使得压力传感器测试 系统的研发更具有多样性，许多生产商自研的测试系统也已经具备 多种测试功能，如何使传感器测试更简单、更有效率，则是所有测 试系统研发者的宗旨。本文设计的压力传感器自动测试系统，避免 了半开桥硅压阻式压力传感器芯体测试时四线制与五线制转换的问 题，把压力传感器温度补偿测试与验证测试，恒流供电验证测试与 恒压供电验证测试等功能集成到一起，真正的实现了一机多用；针 对温度补偿后传感器的验证测试，采用了多路恒流源供电，保证测 试数据的准确性；该系统可根据使用情况和规模，拓展多路测试通 道，实现多通道压力传感器的自动测试功能，是一套适用于压力传 感器批量生产测量工作的自动化设备。
如图 3 所示为转换电路的连接方式。开关 K1-Kn 可控制测试 通道，开关 K1 至开关 Kn 对应第 1 只至第 n 只传感器，测试时只 有一组开关可以闭合，即测试该路通道传感器；开关 KV1-KVn 可为 传感器提供供电或断电，开关 KV1 至开关 KVn 对应第 1 只至第 n 只 传感器，验证测试时所有开关闭合，为传感器通电，温度补偿测试 时无需供电，断开即可；矩阵开关 1-8 可灵活搭配测量传感器桥臂 电阻和电信号输出值，实现压力传感器四线制温度补偿和恒压恒流 验证测试。
实验七 扩散硅压阻式压力传感器压力实验
自动化与电气工程类基础实验实验报告实验名称：压力传感器、电容式传感器实验指导老师：雷璐宁班级：智能电网0861202班成员：彭伟平2012212822、吴志辉2012212807实验七 扩散硅压阻式压力传感器压力实验一、实验目的了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理与方法。
二、实验仪器压力传感器、气室、气压表、差动放大器、电压放大器、电压温度频率表 三、实验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，可以制备各种压力传感器。
摩托罗拉公司设计出X 形硅压力传感器，如图7-1所示，在单晶硅膜片表面形成4个阻值相等的电阻条。
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。
扩散硅压力传感器的工作原理如图7-1，在X 形硅压力传感器的一个方向上加偏置电压形成电流i ，当敏感芯片没有外加压力作用，内部电桥处于平衡状态，当有剪切力作用时（本实验采用改变气室内的压强的方法改变剪切力的大小），在垂直于电流方向将会产生电场变化i E ⋅∆=ρ，该电场的变化引起电位变化，则在与电流方向垂直的两侧得到输出电压Uo 。
i d E d U O ⋅∆⋅=⋅=ρ （7-1） 式中d 为元件两端距离。
实验接线图如图7-2所示，MPX10有4个引出脚，1脚接地、2脚为Uo+、3脚接+5V 电源、4脚为Uo-；当P1>P2时，输出为正；P1<P2时，输出为负（P1与P2为传感器的两个气压输入端所产生的压强）。
图7-1 扩散硅压力传感器原理图图7-2 扩散硅压力传感器接线图四、实验内容与步骤1． 按图7-2接好“差动放大器”与“电压放大器”，“电压放大器”输出端接电压温度频率表（选择U ，20V 档），打开直流电源开关。
（将“2~20V 直流稳压电源”输出调为5V）2．调节“差动放大器”与“电压放大器”的增益调节电位器到中间位置并保持不动，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电压温度频率表显示为零。
硅压阻式压力传感器小型化设计
硅压阻式压力传感器小型化设计作者：李仁刚马明宇张鹏来源：《中国科技博览》2018年第23期中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）23-0302-010 摘要压力测量居热工测量四大物理量之首，在工业控制、汽车、航空航天、国防装备等领域用途广泛。
利用硅的压阻效应和微电子技术制作的硅压阻式压力传感器是近30年来发展非常迅速的一种压力传感器。
它具有灵敏度高、响应快、可靠性好、精度高、低功耗、易于小型化与集成化等一系列突出优点，广泛应用于测控领域。
但是由于硅压阻式压力传感器芯片的特性，要求制作中必须进行封装保护。
本课题将着眼于硅压阻式压力传感器小型化封装难点，对于小结构尺寸约束下，产品壳体内部合理布局设计、外部小型化波纹膜片设计、以及波纹膜片与壳体焊接可靠性设计，降低压力传感器尺寸，满足特殊领域对传感器小型化的需求[1]。
1 封装设计1.1 封装要求硅压阻式压力传感器芯片的尺寸在2.5×2.5mm，高度1.0mm，硅材料不能抗腐蚀，所以制作好的硅压阻式压力传感器芯片不能裸露直接应用，而是在使用前对裸片进行封装。
封装必须提供硅压阻式压力传感器芯片与外部系统的接口。
硅压阻式压力传感器芯片封装必须保护在多种环境下使用的微机械部分，另外还要提供电信号连接，某些时候还需要接触外界环境并与之相互作用[2]。
对于压力传感器的封装，概括起来，应该满足以下几方面的要求：（1）机械可靠，抗振动，抗冲击；（2）避免热应力对芯片的影响；（3）电气上要求芯片与环境或大地是绝缘的；（4）电磁屏敝；（5）用气密的方式隔离腐蚀气体或流体，或通过非气密隔离方式隔离水气；（6）成本低，封装形式与标准制造工艺兼容。
目前硅压阻式压力传感器应用最为广泛的三种形式是：金属封装、塑料封装和陶瓷封装。
为了提高传感器的抗环境能力，本文采用金属封装。
1.2 封装结构设计硅压阻式压力传感器的总体装配是根据压力敏感芯片的尺寸和测量工况对传感器的尺寸要求进行小型化设计。
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）。
气压传感器接线方法【图解】
压力传感器内容介绍：压力传感器在工业生产中使用非常多，是一种非常重要的生产仪表，一般由敏感元件、变换元件、测量元件等几部分组成，有时还加辅助电源。
压力传感器的输出为模拟信号，模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号。
或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。
近年来，我国压力传感技术正在蓬勃发展，应用领域也在迅速扩大，由于压力传感器技术所涉及的技术广泛，如今广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、智能建筑、生产自控、铁路交通、航空航天、石化、油井、电力、军工、机床、管道等众多行业。
压力传感器分为电压型与电流型两种：【电压型】多为远传压力表，供电6-10V，反馈信号为0-10V，但反馈精度较低，优势是可以直接观察管网实际压力。
【电流型】供电方式有10V、24V、9-36V等多种规格，反馈信号为标准的4-20MA，同时也分为两线制和三线制。
压力传感器接线图压力传感器接线方式一般有两线制、三线制、四线制，有的还有五线制的。
压力传感器两线制比较简单，一般客户都知道怎么接线，一根线连接电源正极，另一个线也就是信号线经过仪器连接到电源负极，这种是最简单的，压力传感器三线制是在两线制基础上加了一个线，这根线直接连接到电源的负极，较两线制麻烦一点。
四线制压力传感器肯定是两个电源输入端，另外两个是信号输出端。
四线制的多半是电压输出而不是4~20mA输出，4~20mA的叫压力变送器，多数做成两线制的。
压力传感器的信号输出有些是没有经过放大的，满量程输出只有几十毫伏，而有些压力传感器在内部有放大电路，满量程输出为0~2V。
至于怎么接到显示仪表，要看仪表的量程是多大，如果有和输出信号相适应的档位，就可以直接测量，否则要加信号调整电路。
五线制压力传感器与四线制相差不大，市面上五线制的传感器也比较少。
压力传感器的出线方式：1、航空插头连接已设定。
数字信号输出方式：1直接电缆出线接线方式,传感器共有五个接点：正电源(棕)、电源地(蓝)、RS485A(黑)、RS485B (绿)、壳体地(屏蔽线)。
硅压阻压力传感器优化设计
硅压阻压力传感器优化设计作者：张颖英邓勇生刘涛高罗强来源：《物联网技术》2019年第08期摘要：采用硅压阻敏感芯体制作的传感器具有较高的精度和较好的长期稳定性，被广泛运用于压力传感器中。
但普通的硅压阻敏感芯体在测量发动机仪器舱内气体压力和头罩部位气体压力时，出现了信号跳变的异常现象。
通过对硅压阻敏感芯体工作原理进行分析，以及对敏感芯体充油工艺的分析，发现普通敏感芯体信号跳变是由于芯体在振动和低气压复合环境下内部硅油出现了空化现象。
可选择采用高真空的硅压阻敏感芯体来杜绝芯体内部硅油空化现象的发生，试验证明，该方法可有效解决信号跳变这一问题。
关键词：硅压阻压力传感器;敏感芯体;信号跳变;硅油;空化;振动中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2019）08-00-020 引言采用硅压阻敏感芯体制作的传感器具有较高的精度和较好的长期稳定性，被广泛运用于压力传感器中。
我们在使用普通硅压阻压力传感器测量发动机仪器舱内气体压力和头罩气体压力的过程中，出现了压力传感器输出信号跳变的异常现象。
本文针对这种异常现象，对硅压阻敏感芯体的工作原理、充油工藝过程进行了分析试验，发现普通敏感芯体出现信号跳变的原因是芯体在振动和低气压复合环境下，内部硅油发生了空化现象，若采用高真空敏感芯体替代普通敏感芯体，则可以杜绝芯体内部硅油空化现象的发生，从而解决压力传感器输出信号跳变的异常现象[1-3]。
1 原因分析1.1 硅压阻敏感芯体的工作原理硅压阻敏感芯体的实物及结构如图1所示。
硅压阻敏感芯体主要由压力膜片、硅油、硅杯、壳体等组成。
膜片用于感受外界压力，将压力传递到硅油，再由硅油传递到硅杯，硅杯在压力的作用下产生微变形，从而使硅杯上电桥各桥臂的电阻阻值发生变化，再通过电路检测这一变化，输出一个对应这一压力的标准测量信号，从而完成压力测量[4-5]。
1.2 敏感芯体输出信号跳变的机理敏感芯体输出信号跳变是由于发生了空化现象，与敏感芯体充硅油工艺过程有关。
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。
SOI硅压阻式压力传感器
SOI硅压阻式压力传感器一、项目概述硅压阻式压力传感器在民用及国防中得到了广泛的应用，国内已有专门从事压力传感器生产的企业，创造出了突出的业绩。
在传感器的性能及价格方面，目前国内能够生产的压力传感器主要属低端和中端产品，生产数量很多，经济效益不明显。
经过近十年的研究，现已突破了高端产品的技术瓶颈，研制出了高性能的压力传感器。
该传感器采用压阻式工作原理，用SOI材料制作压力敏感元件，采用半导体平面工艺制作芯片，然后对敏感元件进行微加工技术与封装，制作出压力传感器。
该传感器具有高精度、高稳定、耐高温、耐恶劣等特点，产品性能及可靠性均可达到了国外同类产品水平。
二、应用范围（1）在汽车领域，该传感器技术可直接用于生产汽车进气歧管压力传感器，替代进口压力传感器芯片；还可用做汽车ESP系统及刹车系统的油压传感器，解决目前普遍采用充油压力芯体在动态油压作用下引线断裂问题；（2）在气象领域，该传感器可直接由于探空仪中，用于测量大气高度，提高探测精度；（3）在工业领域，该传感器可用于OEM充油压力传感器的生产，替代现有的压力传感器封装芯，使传感器的稳定性及可靠性得到明显提升；（4）在石油测井方面，可以替代现有的进口高温压力传感器，满足井下高温、高精度、耐腐蚀的要求。
三、技术优势SOI硅压阻式压力传感器的敏感元件采用介质隔离，没有PN结，克服了PN 结随着温度升高，漏电流增大，性能变差甚至失效的问题，具有突出的耐高温能力和稳定性。
通过多年的研究，现已掌握了高精度、高稳定、耐高温的压力敏感元件设计与制作关键技术，形成了一套完整的加工工艺；在传感器的封装上，取得了重大突破，解决了10MPa一下的绝压、表压传感器的隔离封装问题，实现了无油介质隔离封装，这种封装方式可以解决压力传感器的低成本、高性能要求，同时能够满足频繁脉动压力变化的长期测量需要，制作的传感器能够满足汽车刹车系统和ESP系统的高可靠要求。
根据工业领域的高精度、高可靠、低漂移的要求，在芯片设计、芯片封装结构设计、芯片与传感器基座的封装工艺上都进行了专门研究，研制的压力传感器芯体能够满足目前国内工业用压力变送器充油芯体的制作要求，性能能够得到明显改善。
扩散硅压阻式差压传感器 内部结构
扩散硅压阻式差压传感器是一种常见的压力传感器，其内部结构十分精密，具有很高的灵敏度和稳定性。
下面让我们来深入探讨一下这种传感器内部的构造与工作原理。
1. 膜片结构在扩散硅压阻式差压传感器内部，主要的敏感元件就是薄膜片。
薄膜片的材料通常选用硅材料，因其具有良好的弹性和导电性能。
薄膜片的表面会进行一定的加工，以增强其对压力的敏感性，一般会采用特殊的加工工艺，比如激光蚀刻或者纳米级的化学腐蚀技术等，从而使薄膜片在受压后能够更精确地发生形变。
2. 弹体结构在薄膜片的上下两侧，通常都会固定有一些弹性体，其作用是在外部受到压力作用时，能够保证膜片的稳定性和可靠性。
这些弹体一般由硅胶或者橡胶材料制成，其硬度和弹性常数需要经过精确的计算和调试，以便获得最佳的传感效果。
3. 压力传递结构为了将外部介质的压力准确地传递给薄膜片，扩散硅压阻式差压传感器内部通常会设计一套专门的压力传递结构。
这个结构一般由金属或者硅胶等材料制成，其作用是将外部介质的压力传递给薄膜片，并将其形变转化为电信号输出。
4. 电路结构薄膜片受到外部压力的作用后，其形变会导致内部电阻发生改变，扩散硅压阻式差压传感器内部设计有专门的电路结构，能够准确地测量这种电阻变化，并将其转化为相应的电压信号。
这通常需要借助一些专门的信号调理电路和数字转换器等设备，以确保传感器的输出能够准确地反映外部压力的变化。
扩散硅压阻式差压传感器内部结构包括薄膜片、弹体、压力传递结构和电路结构等部分。
这些部分通过精密的设计和加工，使得传感器能够具有高灵敏度、高稳定性和可靠性，可以广泛应用于工业自动化控制、流体控制系统和气压测量等领域。
而对我个人来说，我认为扩散硅压阻式差压传感器内部结构的精密和复杂性展现了现代科技的高度发展，也体现了工程技术的精湛和创新。
这种传感器的应用不仅提高了各行业的生产效率，还为我们的生活带来了极大的便利。
在文章中我多次提及扩散硅压阻式差压传感器内部结构，以突出这一主题的重要性和深度。
硅压阻压力传感器优化设计
全面感知 Comprehensive Perception0 引 言采用硅压阻敏感芯体制作的传感器具有较高的精度和较好的长期稳定性，被广泛运用于压力传感器中。
我们在使用普通硅压阻压力传感器测量发动机仪器舱内气体压力和头罩气体压力的过程中，出现了压力传感器输出信号跳变的异常现象。
本文针对这种异常现象，对硅压阻敏感芯体的工作原理、充油工艺过程进行了分析试验，发现普通敏感芯体出现信号跳变的原因是芯体在振动和低气压复合环境下，内部硅油发生了空化现象，若采用高真空敏感芯体替代普通敏感芯体，则可以杜绝芯体内部硅油空化现象的发生，从而解决压力传感器输出信号跳变的异常现象[1-3]。
1 原因分析1.1 硅压阻敏感芯体的工作原理硅压阻敏感芯体的实物及结构如图1所示。
硅压阻敏感芯体主要由压力膜片、硅油、硅杯、壳体等组成。
膜片用于感受外界压力，将压力传递到硅油，再由硅油传递到硅杯，硅杯在压力的作用下产生微变形，从而使硅杯上电桥各桥臂的电阻阻值发生变化，再通过电路检测这一变化，输出一个对应这一压力的标准测量信号，从而完成压力测量[4-5]。
图1 敏感芯体实物及结构示意图1.2 敏感芯体输出信号跳变的机理敏感芯体输出信号跳变是由于发生了空化现象，与敏感芯体充硅油工艺过程有关。
1.2.1 空化现象及空泡机理空化现象是指当液体介质遭到连续性破坏时，会导致压力降低，当液体内某点压力降低到临界压力以下时，液体发生气化，逐渐汇聚为小气泡，尔后在液体内部或液体与固体的交界面上汇合形成较大的蒸汽与气体的空腔，成为空泡。
液体中存在的气核（微小气泡）和压力降低是空化现象发生的两个必要条件。
查阅资料表明，易于发生空化现象的典型情况之一为壁面振动产生的加在平均压力场上的震荡压力场，在负震荡时可能出现空泡。
1.2.2 敏感芯体充硅油工艺过程压力敏感芯体充硅油过程如下。
（1）将需要充硅油的工件放入托盘，注油孔应尽量垂直向上，关闭钟罩。
（2）启动设备，打开机械泵1，再缓慢打开预处理室真空阀开始抽真空操作；打开机械泵2，再打开旁路阀开始对充油室进行预抽真空操作，打开真空计，待真空度达到（5.0～9.0）×10-1时关闭旁路阀，打开前级阀与分子泵，对充油室进行抽高真空操作，5～10 min 后再对油处理室及充油室进行加热。
压阻压力传感器工作原理
压阻压力传感器工作原理好嘞，今天咱们聊聊压阻压力传感器，听起来可能有点高大上，但其实它的工作原理简单得很。
咱得明白，压阻传感器可不是外星科技，而是咱们生活中常见的小玩意儿。
比如你家那种能自动测量轮胎气压的仪器，或者是工业设备里的压力监测，甚至你在医院看到的那些设备，都是靠它来工作的。
想象一下，压阻压力传感器就像一个忠实的小侦探。
它能把压力变化“悄悄地”告诉咱们。
当外部压力增加时，它里面的材料会发生变化，简单说就是变形。
这就像咱们吃了太多东西，肚子撑得鼓鼓的，感觉要爆炸似的。
传感器的材料通常是一些特殊的半导体，像硅这种家伙。
它们可不简单，受压力一挤，电阻就会变化。
你想，电阻就像咱们的心情，有时候高，有时候低，完全看情况。
嘿，咱们这位小侦探可聪明了，压力变化了，它马上就把这个信息转变成电信号，传递给后面的电子设备。
就好比你跟朋友聊天，压力越大，声音就越高。
信号传到显示器上，咱们就能一目了然地看到实时的压力值。
这可比过去那些笨重的仪器方便多了，简直是科技的小奇迹。
这玩意儿可耐高温、高压，像个铁人一样，真是相当给力。
想想，汽车里的气压监测系统，严密得很，不容有失。
你不想开着开着车，突然发现轮胎没气了吧？这时候，压阻传感器就派上用场了。
它能在压力下降的瞬间发出警报，提醒你赶紧去加气，真是贴心小助手。
哦，对了，咱们还得聊聊它的应用，真是五花八门。
医疗领域，它帮助医生监测病人的血压变化；在航空航天中，压阻传感器被用来监测飞行器的外部压力，确保飞行安全；甚至在你的冰箱里，它也能监控制冷剂的压力，保证食物新鲜。
可以说，生活中无处不在的压阻传感器，是个小小的“压力大师”。
说到这，你可能会想，这玩意儿会不会出故障？任何设备都有可能“中招”。
不过，压阻传感器通常比较稳定，故障率低。
如果真的出问题，可能是因为受到了过大的冲击或者长时间使用导致的老化。
所以，定期检查和维护还是很有必要的，毕竟，安全无小事嘛。
有些人可能会好奇，这样的传感器能不能做得更精确？当然可以！科学家们一直在不断研究新材料和新技术，让传感器的精度、响应速度都在提升。
高精度硅压阻式气压传感器系统设计
高精度硅压阻式气压传感器系统设计周晓宇;张萌颖;杜利东;赵湛【摘要】Greatly affected by the environment in which the most obvious effect of temperature.In order to eliminate influence of ambient temperature on output of silicon piezoresistive sensor,greatly enhance measurement precision of piezoresistive silicon sensor,sensor chip andheat source and temperature-sensitive components are packaged together,by controlling heating mode,sensor can work in environment of constant 50 ℃ and linear calibration and testing are carried out.At-45 ～45 ℃ temperature measurement error of air pressure sensor system is less than 0.3 hPa at range of 600～1 100 hPa.%为了消除环境温度对硅压阻式传感器输出的影响,大幅提升硅压阻式传感器的测量精度,将传感器芯片与热源和测温原件封装在一起,通过控制加热的方式使传感器工作在恒定50℃的环境中,对传感器进行线性标定和测试.结果显示:在-45～45℃环境下,600～1 100 hPa量程内气压传感器的测量误差小于0.3 hPa.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2017(036)004【总页数】3页(P97-99)【关键词】硅压阻式气压传感器;芯片加热;PID控制;温度补偿【作者】周晓宇;张萌颖;杜利东;赵湛【作者单位】中国科学院电子学研究所传感器技术联合国家重点实验室,北京100190;中国科学院大学,北京100080;中国科学院电子学研究所传感器技术联合国家重点实验室,北京100190;中国科学院大学,北京100080;中国科学院电子学研究所传感器技术联合国家重点实验室,北京100190;中国科学院电子学研究所传感器技术联合国家重点实验室,北京100190【正文语种】中文【中图分类】TP212现代社会，随着人类活动频率增高，活动范围变广，天气的监测与预报也越来越重要。
硅压阻式压力传感器在气压测量仪表中的应用设计
硅压阻式压力传感器在气压测量仪表中的应用设计摘要：本文全面介绍了硅压阻式压力传感器的基本原理以及内部结构、工作方式，据此原理本文设计了一款采用硅压阻式压力传感器和单片机设计的气压变送器，详细介绍了此变送器的电路构成和应用前景。
关键词：气压；传感器；硅压力引言目前气象部门测量大气压力的仪器主要有：水银气压表、机械式空盒气压计、振筒式气压仪和应用于自动站的数字式气压表（vaisala220B）等几种。
近年来随着自动站在气象部门的大量使用，大气压力的测量也开始由水银气压表、空盒气压表等传统测量仪器开始向数字式气压表过渡，数字式气压表应用最多的是振筒式气压仪，和硅压力气压仪（如（vaisala220B）。
相对于振筒式压力仪来说，硅压力传感器有以下几个优点：体积小、抗干扰能力强、结构简单、成本低廉等特点。
从工作原理上来分，硅压力传感器可以大体可分为电容式和压阻式两种，vaisala的220B就是采用电容式的工作方式，但是电容式的硅压力传感器市场上还比较少见，而且售价比较高；而扩散硅压阻式压力传感器却已经广泛的应用于工业测量、环境监测等方面，而且市场上有很多品牌，型号可供选择。
主要型号有：motolola mpx2100；honeywell sensym系列；icsensors 1210/1220/1240系列等。
1．基本原理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，构成惠斯登电桥（Wheatstone bridge），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。
再给传感器匹配一个放大电路及相关外围部件，使之输出一个标准信号，就组成了一台完整的变送器。
【CN109668674A】一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路及方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910141488.2(22)申请日 2019.02.26(71)申请人 厦门乃尔电子有限公司地址 361000 福建省厦门市海沧区坪埕中路29号一层至五层(72)发明人 周富强 陈昌鹏 刘瑞林 翁新全 许静玲 (74)专利代理机构 北京康盛知识产权代理有限公司 11331代理人 高会会(51)Int.Cl.G01L 9/06(2006.01)G01L 19/04(2006.01)(54)发明名称一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路及方法(57)摘要本发明提供一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路，包括温控恒压源、零点温漂补偿电路、增益调节电路、零点电压调整电路及减法器，所述零点温漂补偿电路分别与温控恒压源及增益调节电路连接，所述减法器分别与增益调节电路及零点电压调整电路连接。
本发明还提供一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿方法，采用全模拟电路的温度补偿方法实现硅压阻式压力传感器-55℃到125℃全温度范围内0.4％FS精度、输出0.5V～4.5V的要求。
权利要求书3页 说明书8页 附图5页CN 109668674 A 2019.04.23C N 109668674A权 利 要 求 书1/3页CN 109668674 A1.一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路，其特征在于：包括温控恒压源、零点温漂补偿电路、增益调节电路、零点电压调整电路及减法器，所述零点温漂补偿电路分别与温控恒压源及增益调节电路连接，所述减法器分别与增益调节电路及零点电压调整电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路，其特征在于：所述温控恒压源包括运算放大器U4A、接口P2、PTC热敏电阻RT1、电阻R2、电阻R3、电阻R6、电阻R9、电阻R a1、电阻R b1、电阻R c1、电阻R d1、电阻R S1、电阻R S2、电阻R S3、电阻R S4、电阻R P1及电阻R P2，所述运算放大器U4A同向输入端分别与电阻R6的一端和电阻R9的一端连接，所述电阻R6的另一端连接至电源，所述运算放大器U4A反向输入端分别与电阻R2的一端和PTC热敏电阻RT1的一端连接，所述PTC热敏电阻RT1的另一端连接至电阻R3的一端，所述运算放大器U4A的输出端分别与电阻R3的另一端、电阻R S1的一端、电阻R S2的一端、电阻R a1的一端、电阻R d1的一端和零点温漂补偿电路的输入端的一端点连接，所述接口P2的第四引脚连接至电源，所述接口P2的第一引脚、电阻R9的另一端、电阻R2的另一端、电阻R S3另一端的和电阻R S4的另一端接地；所述接口P2的第二引脚、电阻R S1的另一端、电阻R a1的另一端、电阻R P1的另一端和电阻R b1的另一端连接于零点温漂补偿电路的输出端的一端点，所述接口P2的第三引脚、电阻R S2的另一端、电阻R d1的另一端、电阻R P2的另一端和电阻R c1的另一端连接于零点温漂补偿电路的输出端的另一端点。
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刘文光 1 硅压阻式轮胎气压传感器电路设计
299
硅压阻式轮胎气压传感器电路设计
刘文光
(青岛理工大学 汽车与交通学院 ,山东 青岛 266033)
摘要 :分析硅压阻式压力传感器工作原理并比较电流源和电压源供电方式下温度变化时的测量效果 ,指出电流源 供电电路所测结果不受温度变化的影响 ,可保证检测结果的真实性 。硅压阻式压力传感器前置放大电路采用同相并 联差动放大及级联对称全耗尽 CMOS 运放 ,具有较高增益和共模抑制比 、低功耗及可在高温环境下稳定工作的特点 。 采用硅压阻式压力传感器可以满足轮胎气压检测的要求 。 关键词 :硅压阻式压力传感器 ;电压源 ;电流源 ;放大器 ;轮胎气压 中图分类号 :TQ330. 4 + 92 ; TP212. 9 文献标识码 :B 文章编号 :100628171 (2006) 0520299203
并联差动放大 。前置放大器第 1 级是有深度电压
串联负反馈的电路 ,输入电阻很高 ;采用相同特性
的运放并联 ,共模输出电压和漂移也相同 ,组成的
差分式电路可以互相抵消漂移 , 使整个电路有很
强的共模抑制能力和较小的输出电压漂移 , 同时
具有较高的差模电压增益 。由于采用级联对称全
耗尽 CMOS 运放 ,可抑制高温条件下器件泄漏电
I1
=
R1
R3 + R2
+ R4 + R3
+ R4 I0
I2
=
R1
R1 + R2
+ R2 + R3
+ R4 I0
输出电压为
(11) (12)
U
=
R1
R2 R3 + R2
+
R1 R3
R4 +
R4
I0
(13)
图 4 恒流源供电的压阻全桥结构
设 R1 , R2 , R3 和 R4 的阻值均为 R 。无压力时 U 为零 ;受压力作用时 , 因 R1 和 R4 有负增量 , 则输 出电压为
参考文献 :
[ 1 ] 刘迎春. 传感器原理设计与应用[ M ] . 长沙 :国防科技大学出 版社 ,1989. 243.
[ 2 ] 王雪文 ,张志勇. 传感器原理及应用 [ M ] . 北京 : 北京航空航 天大学出版社 ,2004. 346. 收稿日期 : 2005212207
三角集团大型宽基工程机械 子午线轮胎通过技术鉴定
和非线性等问题 , 影响传感器的精度 , 需要采取
其它措施减小并补偿这些因素带来的误差 , 以
提高传感器精度 。
2 传感器电路设计 硅压阻式压力传感器由恒流源和前置放大器
两 部 分 组 成 , 电 路 原 理 如 图 5 所 示 。其 输 出 电 压为
U =-
R9 R10
(1
+
2 R12 ) R11
合资协议已于 2005 年 12 月底获中国政府有 关当局批准 。
位于荣成市的成山公司是中国第 3 大轮胎生 产商 ,年销售额为 5 亿美元 ,产品包括半钢子午线 轮胎 、全钢子午线轮胎和载重斜交轮胎 。
库珀公司说 ,与成山公司合资是库珀亚洲战 略中的又一个重要步骤 。成山公司是一家盈利 的优秀公司 ,在世界各地 ,特别是中国销售许可 轮胎 ,而库珀计划未来在中国市场占有重大的 份额 。
汽车轮胎气压传感器是轮胎气压实时检测的 关键设备 ,要求精度高 、成本低、尺寸小且工作可 靠 。硅压阻式压力传感器是利用单晶硅压阻效应 制成的器件 ,采用先进的半导体电子技术微细加 工 ,经激光微调 ,电桥零位输出电压小于 ±1 mV , 输出灵敏度一致且具有互换性 ,电路设计及调整更 方便 。传感器元件一般是具有一定形状的应变元 件 ,受压力作用时 ,电阻发生变化 ,从而引起输出电 压变化。硅压阻式压力传感器的特点是灵敏度高 、 测量范围宽 、频率响应好 、易于微小型化、工作可靠 和寿命长 。由于硅压阻式压力传感器能满足轮胎 气压检测对传感器的要求 ,因此可用作轮胎气压传 感器 。本文介绍硅压阻式压力传感器电路设计 。
出电压 U 的大小会受温度影响 。在车辆行驶过 程中 ,轮胎温度变化较大 ,因此采用恒压源供电会
产生很大测量误差 。
采用恒流源为传感器压阻全桥供电的结构如
图 4 所示 ,则有以下关系 :
I0 = I1 + I2
(9)
I1 ( R1 + R2 ) = I2 ( R3 + R4 )
(10)
由式 (9) 和 (10) 可得 :
流 ,有效降低功耗 。全耗尽 CMOS 器件高温环境
下阈值电压变化小 ,改善了器件的退化特性 ,可使 电路在高温下正常稳定地工作 。
3 结语 在汽车轮胎气压传感器设计中采用硅压阻式
压力传感器 ,并选用恒流源供电 ,前置放大电路采 用同相并联差动放大 ,并采用级联对称全耗尽 CMOS 运放 ,可减小测量的电压漂移 、提高差模 电压增益和共模抑制比 ,同时还可降低功耗和改 善器件的退化特性 。
图 2 压阻全桥结构示意
图 3 恒压源供电的压阻全桥结构
示 。受压力作用时 ,其中两个桥臂增大的电阻值 为ΔR ,而另外两个桥臂电阻值则减小 ΔR ,若由 于温度变化 ,引起每个电阻阻值的变化为 ΔR T , 则电桥的输出电压[2 ] 为
U
=
R
EΔR +ΔR T
(8)
式中 , E 为恒压源电压 。由公式 (8) 可知 ,电桥输
成压阻全桥 ,如图 2 所示 。阻值均为 R 时 ,应变
区内沿径向和切向布置的电阻相对变化关系为
(ΔR)
R
r
=-
(ΔR)τ
R
(6)
ΔR = Kε
(7)
R
式中 , K 为校正率 ,ε为应变量 。
采用恒压源供电的压阻全桥结构如图3所
300
轮 胎 工 业 2006 年第 26 卷
膜片内任一点的径向和切向应变分别为 :
εr
=
A (1 - μ2 ) ( a2
E
-
3 r2 )
(3)
ετ = A (1 - μ2 ) ( a2 - r2 )
(4)
E
式中 , E 为材料的弹性模量 。
因膜片内应力不能超过许用应力 [σb ] ,因此
膜片厚度应为
h=
3 Fa2 4[σb ]
(5)
在硅膜片上存在正负两个应力区 ,可以设计
(U1
-
U2 )
(15)
在恒流源中通过调节 R5 和 R8 的比例可设定
基准电压 ,调节 R7 可调节供电电流 ,电流大小为
图 5 硅压阻式压力传感器的电路原理
第5期
刘文光 1 硅压阻式轮胎气压传感器电路设计
301
I
=
ER 8 R7 ( R5 + R8 )
(16)
硅压阻式压力传感器前置放大电路采用同相
大型三段多鼓缠绕式成型机组为世界首创 , 成型效率很高 ,班产达 30 条以上 ;大型内衬层压 延机 、大型帘布裁断机和硫化机等均有很高的技 术难度和创新性 ,这些设备为工程机械子午线轮 胎的产 业 化 奠 定 了 良 好 的 基 础 。该 项 目 将 于 2007 年达到年产 20 万条的规模 ,为我国工程机 械轮胎的子午化创造了生产条件 ,具有显著的经 济效益和社会效益 。
中图分类号 : TQ3361 1 ; U463. 341 + . 5 文献标识码 :D
2006 年 4 月 7 日 ,中国石油和化学工业协 会 、中国橡胶工业协会在威海市主持召开了三角 集团大型宽基工程机械子午线轮胎生产技术开发 项目成果鉴定会 ,鉴定委员会专家对三角集团研 发的以 26. 5R25 ,29. 5R25 和 29. 5R29 为代表规 格的大型宽基工程机械子午线轮胎生产技术文件 进行了审核 ,听取了研发单位报告 ,并考察了生产 现场 ,最后通过了该项目的鉴定 。
该项目在轮胎结构设计 、配方设计 、工艺设计 等方面具有重大创新 ,产品填补了国内空白 ,总体 达到国际先进水平 。该项目已形成年产 10 万条 的产业化规模 ,产品主要用于出口 ,为卡特比勒 、 约翰 ·迪尔和沃尔沃等世界知名企业产品配套 。 产品经使用部门路试 ,寿命达 3 000 h 以上 ,各项 性能均达到国外同类产品的先进水平 。
U = ΔRI0
(14)
由公式 (14) 可以看出 , 采用恒流源供电时 ,
输出电 压 与 压 敏 电 阻 增 量 及 恒 流 源 电 流 成 正
比 ,不受温度影响 , 传感器的测量精度仅受恒流
源影响 。因此设计的硅压阻式压力传感器采用
恒流源供电 ,但由于制造工艺和温度影响 , 电桥
Байду номын сангаас
仍然存在零点输出 、热零点漂移 、热灵敏度漂移
(1)
στ = A [ (1 +μ) a2 - (1 + 3μ) r2 ]
(2)
A
=
3F 8 h2
作者简介 :刘文光 (19772) ,男 ,山东泰安人 ,青岛理工大学在 读硕士研究生 ,主要从事轮胎气压检测的研究 。
图 1 硅压阻式压力传感器基本结构
式中 ,μ为泊松比 , r 为离圆心的径向距离 , h 为硅 膜厚度 。
1 工作原理及电源选择 硅压阻式压力传感器基本结构如图 1 所示 ,
其工作原理是将气体压力作用在硅膜上的应力分
布转换为硅片上选择性扩散制成的应变区内电阻
的变化 。设半径为 a 的圆形薄硅膜片上作用均匀
压力 ( F) ,则硅膜中产生的径向应力 (σr) 和切向应
力 (στ) 分别为[1] :
σr = [ (1 +μ) a2 - (3 +μ) r2 ]