压阻式压力传感器.pptx
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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
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。
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？
传感器原理与应用课件 第8章 压阻式传感器
2 2 2 2 2 2 l l m m n n t 12 11 12 44 1 2 1 2 1 2
式中 硅、锗之类半导体材料独立的三个压阻系数。 l1、m1、n1——分别为压阻元件纵向应力相对于立方晶轴的方向余弦； l 2、m2、n2——分别为压阻元件横向应力相对于立方晶轴的方向余弦；
} 221
晶向、晶面、晶面族分别为<111>、（111）、{111} 晶向、晶面、晶面族分别为<100>、（100）、{100}
由于是立方晶体，ABCD、BEFC、 CFGD三个面的特性是一样的， 因此<100>、<010>、<001>有时可通用，均可用<100>表示。这是泛指 的，如指某一固定的晶向时，则不能通用。 对于同一个单晶硅晶体，不同的晶面上原子分布不同，各个晶面 所表现的物理性质也不同，压阻效应也不同。硅压阻传感器的硅芯片， 就是选择压阻效应最大的晶向来布置电阻条的。常用的晶向为<001>、 <011>、<111>三个晶向。通常在这三个晶向上扩散电阻有最大压阻系 数。
X cos Y cos Z cos p
X r
若两式所表示的是同一平面，则得
X Y Z cos cos cos 1 p p p
则有
1 11 cos : cos : cos : : r st
把三个截矩的倒数化成三个没有公约数的整数h、k、l，称为密勒指数。则 有
8.2
晶向的表示方法
扩散型压阻式传感器的基片是半导体单晶硅。单晶硅是各向异性 材料，取向不同时特性不一样。而取向是用晶向表示的，所谓晶向就是 晶面的法线方向。 设X、Y、Z分别为单晶硅的晶轴。晶向在一平面内有两种表示方法： （1）截距式
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〈11 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〉。
压阻式压力传感器
• 1.阻位于四个边缘的中间，当膜上均匀的施加压力差时膜发生弯曲，这些压 阻的位置对应于最大张应力的区域。四个电阻组成惠斯通电桥结构。
二.制造方法
三.主要性能
• ①压阻式压力传感器的灵敏系数比金属应变式压力传感器 的灵敏度系数要大50-100倍。有的时候压阻式压力传感器 的输出不需要放大器就可直接进行测量。 • ②由于它采用集成电路工艺加工，因而结构尺寸小，重 量轻。 • ③压力分辨率高，它可以检测出像血压那么小的微压。 • ④频率响应好，它可以测量几十千赫的脉动压力。 • ⑤由于传感器的力敏元件及检测元件制在同一块硅片上， 所以它工作可靠，综合精度高，且使用寿命长。 • ⑥由于采用半导体材料硅制作，传感器对温度比较敏感， 如不采用温度补偿，其温度误差较大。
四.指标参数
• 常用的压阻式压力传感器性能参数
五.封装方式
• 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。
压阻式压力传感器
杜毛强 杨奥运 王耀华
压阻式压力传感器
• • • • • 一.原理 二.制造方法 三.主要性能 四.指标参数 五.封装方式
电阻式传感器最新优秀课件.ppt
• 1). 原理与结构
2
1
3
直线型
123
旋转型
电阻式传感器最新优秀课件
• 2). 等效电路分析(一) • 直滑(线)电位器式传感器的测量转换电路,
其输出电压Uo与滑动触点C的位移量X成 正比:
• 旋转电位器式传感器的测量转换电路,其 输出电压Uo与滑动臂的旋转角度成正比:
电阻式传感器最新优秀课件
3).等效电路分析(二): 刷移动量. 2
料及制造工艺上下了很多工夫，发展了各种非线绕电位 器。
• 1).合成膜电位器 合成膜电位器的电阻体是用具有某一电阻值的悬浮
液喷涂在绝缘骨架上形成电阻膜而成的，这种电位器的 优点是分辨率较高、阻范围很宽（100—4.7MΩ），耐 磨性较好、工艺简单、成本低、输入—输出信号的线性 度较好等，其主要缺点是接触电阻大、功率不够大、容 易吸潮、噪声较大等。
电阻式传感器最新优秀课件
• 电阻应变式传感器原理演示
电阻式传感器最新优秀课件
• 实心等截面轴又称柱式弹性敏感元件，在力的作用下，它的位移 量很小，所以往往用它的应变作为输出量。(在它的表面粘贴应 变片，可以将应变进一步变换为电量)。设轴的横截面积为A，轴 材料的弹性模量为E，材料的泊松比为μ，当等截面轴承受轴向 拉力或压力F时，轴向应变(有时也称为纵向应变)εX为
电阻式传感器最新优秀课件
• 3). 导电塑料电位器 导电塑料电位器又称为有机实心电位器，
这种电位器的电阻体是由塑料粉及导电材料的 粉料经塑压而成。导电塑料电位器的耐磨性好， 使用寿命长，允许电刷接触压力很大，因此它 在振动、冲击等恶劣的环境下仍能可靠地工作。 此外，它的分辨率较高，线性度较好，阻值范 围大，能承受较大的功率。导电塑料电位器的 缺点是阻值易受温度和湿度的影响，故精度不 易做得很高。
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3
直线型
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旋转型
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• 2). 等效电路分析(一) • 直滑(线)电位器式传感器的测量转换电路,
其输出电压Uo与滑动触点C的位移量X成 正比:
• 旋转电位器式传感器的测量转换电路,其 输出电压Uo与滑动臂的旋转角度成正比:
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3).等效电路分析(二): 刷移动量. 2
料及制造工艺上下了很多工夫，发展了各种非线绕电位 器。
• 1).合成膜电位器 合成膜电位器的电阻体是用具有某一电阻值的悬浮
液喷涂在绝缘骨架上形成电阻膜而成的，这种电位器的 优点是分辨率较高、阻范围很宽（100—4.7MΩ），耐 磨性较好、工艺简单、成本低、输入—输出信号的线性 度较好等，其主要缺点是接触电阻大、功率不够大、容 易吸潮、噪声较大等。
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• 电阻应变式传感器原理演示
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• 实心等截面轴又称柱式弹性敏感元件，在力的作用下，它的位移 量很小，所以往往用它的应变作为输出量。(在它的表面粘贴应 变片，可以将应变进一步变换为电量)。设轴的横截面积为A，轴 材料的弹性模量为E，材料的泊松比为μ，当等截面轴承受轴向 拉力或压力F时，轴向应变(有时也称为纵向应变)εX为
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• 3). 导电塑料电位器 导电塑料电位器又称为有机实心电位器，
这种电位器的电阻体是由塑料粉及导电材料的 粉料经塑压而成。导电塑料电位器的耐磨性好， 使用寿命长，允许电刷接触压力很大，因此它 在振动、冲击等恶劣的环境下仍能可靠地工作。 此外，它的分辨率较高，线性度较好，阻值范 围大，能承受较大的功率。导电塑料电位器的 缺点是阻值易受温度和湿度的影响，故精度不 易做得很高。
压阻式压力传感器的工作原理
压阻式压力传感器的工作原理
一、引言
1.1 任务背景
1.2 任务目的
二、压力传感器的分类
2.1 压力传感器的基本原理
2.2 主要分类方法
三、压阻式压力传感器概述
3.1 压阻式传感器的定义
3.2 压阻式传感器的优势
3.3 压阻式传感器的应用领域
四、压阻式压力传感器的结构组成
4.1 压阻式传感器的基本结构
4.2 压阻式传感器的材料选择
4.3 压阻式传感器的制作工艺
五、压阻式压力传感器的工作原理
5.1 压阻式传感器的基本工作原理
5.2 压阻式传感器的压力测量原理
5.2.1 钢片弯曲原理
5.2.2 半导体材料压阻效应原理
5.2.3 液体柱压弯曲原理
六、压阻式压力传感器的特性与参数
6.1 线性度
6.2 灵敏度
6.3 频率响应
6.4 温度特性
七、压阻式压力传感器的应用案例
7.1 工业领域应用案例
7.2 汽车领域应用案例
7.3 医疗领域应用案例
八、压阻式压力传感器的未来发展方向
8.1 微型化
8.2 特殊材料应用
8.3 无线通信技术的应用
九、总结
以上是对压阻式压力传感器的工作原理的全面详细探讨。
压阻式压力传感器是一种应用广泛的传感器，具有灵敏度高、精度高、可靠性好等优势。
文章通过对传感器的基本工作原理、传感器结构组成、工作过程和特性参数等方面的分析，展示了压阻式压力传感器的优势和应用。
未来，压阻式压力传感器有着更广阔的发展前景，例如微型化、特殊材料应用和无线通信技术的应用等。
随着科技的进步，压阻式压力传感器在各个领域的应用将会越来越重要。
传感器及应用(电类 劳动版)课件：3.4 压阻式压力传感器
2020/5/18
[任务实施]
小区内设立恒压供水系统，将自来水公司的水压提升到一定的压力，小区楼 层越高，需要的压力越大，压力一般在0.8MPa左右。
方案一：根据量程及测量环境，可以选择压阻式压力传感器，输出灵敏度高， 稳定性好，虽温度特性差，但在使用环境温度变化小，不会影响传感器输出特性。
2020/5/18
2020/5/18
将压阻式压力敏感元件紧密地安装到带压力接嘴的壳体中，就构成了压 力传感器。根据压力敏感元件的结构不同，压阻式压力传感器可以测量绝对 压力、表压力及差压。
2020/5/18
Байду номын сангаас
1．测量绝对压 绝压压力敏感元件在膜片的一侧有一个密封的近 似真空的参考压力腔，此时测到的压力P1即为绝对压 力。 2．测量表压力 硅杯的一侧与大气相通，被测压力P2穿过玻璃基 座引入硅杯的另一侧。若加的压力P2大于大气压，可 称为正压；若施加的压力P2小于大气压，可称为负压。
2020/5/18
二、压阻式压力传感器工作原理
对一块半导体材料的某一轴向施加一定的载荷而产生应力时，该材料的电阻 率会发生变化，这种物理现象称为半导体的压阻效应。
半导体的电阻大小取决于电子、空穴的迁移率。加在单晶材料某一轴向上的 外应力，使载流子迁移率发生较大变化，半导体材料的电阻率ρ产生较大变化，电 阻值也相应变化。半导体材料电阻变化率远大于金属应变片的电阻变化率，使其灵 敏度较高。
2020/5/18
压阻式应变片又称半导体应变片，用于压力的测量，即压阻式压力传感器。 其主要优点是体积小，结构比较简单，动态响应也好，灵敏度高，能测出十几 帕斯卡的微压。 将压阻式压力敏感元件紧密地安装到带压力接嘴的壳体中，就构成了压力传感 器。根据压力敏感元件的结构不同，压阻式压力传感器可以测量绝对压力、表 压力及差压。
[任务实施]
小区内设立恒压供水系统，将自来水公司的水压提升到一定的压力，小区楼 层越高，需要的压力越大，压力一般在0.8MPa左右。
方案一：根据量程及测量环境，可以选择压阻式压力传感器，输出灵敏度高， 稳定性好，虽温度特性差，但在使用环境温度变化小，不会影响传感器输出特性。
2020/5/18
2020/5/18
将压阻式压力敏感元件紧密地安装到带压力接嘴的壳体中，就构成了压 力传感器。根据压力敏感元件的结构不同，压阻式压力传感器可以测量绝对 压力、表压力及差压。
2020/5/18
Байду номын сангаас
1．测量绝对压 绝压压力敏感元件在膜片的一侧有一个密封的近 似真空的参考压力腔，此时测到的压力P1即为绝对压 力。 2．测量表压力 硅杯的一侧与大气相通，被测压力P2穿过玻璃基 座引入硅杯的另一侧。若加的压力P2大于大气压，可 称为正压；若施加的压力P2小于大气压，可称为负压。
2020/5/18
二、压阻式压力传感器工作原理
对一块半导体材料的某一轴向施加一定的载荷而产生应力时，该材料的电阻 率会发生变化，这种物理现象称为半导体的压阻效应。
半导体的电阻大小取决于电子、空穴的迁移率。加在单晶材料某一轴向上的 外应力，使载流子迁移率发生较大变化，半导体材料的电阻率ρ产生较大变化，电 阻值也相应变化。半导体材料电阻变化率远大于金属应变片的电阻变化率，使其灵 敏度较高。
2020/5/18
压阻式应变片又称半导体应变片，用于压力的测量，即压阻式压力传感器。 其主要优点是体积小，结构比较简单，动态响应也好，灵敏度高，能测出十几 帕斯卡的微压。 将压阻式压力敏感元件紧密地安装到带压力接嘴的壳体中，就构成了压力传感 器。根据压力敏感元件的结构不同，压阻式压力传感器可以测量绝对压力、表 压力及差压。
扩散硅压阻式压力传感器介绍
优点：不受大气压的影响，测量准确。 缺点：需要外接导气管，对环境要求较高，另外
真空表压传感器的输出信号为双极性，所以信号处理较复杂。
扩散硅压阻式压力传感器压力类型介绍Ⅱ
• 密封表压 Sealed(S)
密封表压的测量参考点为背压腔里的密封标准 大气压。其测量原理如右图所示：
优点：不需要外接导气管，使用方便。 缺点：当标定地点和使用地点的大气压差别较大时，
会对传感器的输出产生一定的影响。
扩散硅压阻式压力传感器压力类型介绍Ⅲ
• 差压 Differential(D)
差压是测量两个压力的差值，此类传感器有两个 引压腔，通常被称为正压腔（高压腔）和负压腔（低 压腔），当负压腔通大气时，其功能同表压传感器。 其测量原理如右图所示：
优点：可以允许较高的共模压力。 缺点：使用及维护稍复杂。
• 响应时间：在0psi到FSS压力变化中，从10%上升到90%
所用的时间。
• 相应频率：响应时间的倒数。
扩散硅压阻式压力传感器量程Ⅰ
19系列不锈钢传感器（单位：PSI）
额定量程 0-3 0-5 0-10 0-15 0-30 0-50
0-100 0-200 0-300 0-500
最大工作压力 9 15 30 45 90
注：本PPT后续介绍的内容皆以Honeywell（13/19系列）不锈钢压力传感器为 例进行介绍。
扩散硅压阻式压力传感器内部结构图 • 扩散硅压阻式压力传感器内部结构图如下：
扩散硅压阻式压力传感器压力类型
• 扩散硅压阻式压力传感器压力类型：
普通表压 Gage(G) 密封表压 Sealed(S) 真空表压 Vacuum Gage(V) 差压 Differential(D) 绝压 Absolute(A)
真空表压传感器的输出信号为双极性，所以信号处理较复杂。
扩散硅压阻式压力传感器压力类型介绍Ⅱ
• 密封表压 Sealed(S)
密封表压的测量参考点为背压腔里的密封标准 大气压。其测量原理如右图所示：
优点：不需要外接导气管，使用方便。 缺点：当标定地点和使用地点的大气压差别较大时，
会对传感器的输出产生一定的影响。
扩散硅压阻式压力传感器压力类型介绍Ⅲ
• 差压 Differential(D)
差压是测量两个压力的差值，此类传感器有两个 引压腔，通常被称为正压腔（高压腔）和负压腔（低 压腔），当负压腔通大气时，其功能同表压传感器。 其测量原理如右图所示：
优点：可以允许较高的共模压力。 缺点：使用及维护稍复杂。
• 响应时间：在0psi到FSS压力变化中，从10%上升到90%
所用的时间。
• 相应频率：响应时间的倒数。
扩散硅压阻式压力传感器量程Ⅰ
19系列不锈钢传感器（单位：PSI）
额定量程 0-3 0-5 0-10 0-15 0-30 0-50
0-100 0-200 0-300 0-500
最大工作压力 9 15 30 45 90
注：本PPT后续介绍的内容皆以Honeywell（13/19系列）不锈钢压力传感器为 例进行介绍。
扩散硅压阻式压力传感器内部结构图 • 扩散硅压阻式压力传感器内部结构图如下：
扩散硅压阻式压力传感器压力类型
• 扩散硅压阻式压力传感器压力类型：
普通表压 Gage(G) 密封表压 Sealed(S) 真空表压 Vacuum Gage(V) 差压 Differential(D) 绝压 Absolute(A)
压阻式传感器培训课件
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1. 半导体的压阻效应
固体材料受到压力后，它的电阻率将发生一定的变 化，所有的固体材料都有这个特点，其中以半导体 最为显著。 当半导体材料在某一方向上承受力时，它的电阻 率将 发生显著变化，这种现象称为半导体压阻效应。
RR(1l 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
RRl El
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
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2.2 测量电路
恒压源
U 0U R /R ( R t)
电桥输出电压与ΔR / R成正比，输出电压受环境温度的影响。
恒流源
U0 IR
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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2.3 半导体应变片的优缺点
半导体应变片最突出的优点是灵敏度高，这为它的应用提供 了有利条件。另外，由于机械滞后小、横向效应小以及它本身体 积小等特点，扩大了半导体应变片的使用范围。
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3.1 结构类型
1. 半导体的压阻效应
固体材料受到压力后，它的电阻率将发生一定的变 化，所有的固体材料都有这个特点，其中以半导体 最为显著。 当半导体材料在某一方向上承受力时，它的电阻 率将 发生显著变化，这种现象称为半导体压阻效应。
RR(1l 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
RRl El
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
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2.2 测量电路
恒压源
U 0U R /R ( R t)
电桥输出电压与ΔR / R成正比，输出电压受环境温度的影响。
恒流源
U0 IR
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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2.3 半导体应变片的优缺点
半导体应变片最突出的优点是灵敏度高，这为它的应用提供 了有利条件。另外，由于机械滞后小、横向效应小以及它本身体 积小等特点，扩大了半导体应变片的使用范围。
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3.1 结构类型
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《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！