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文档简介

半导体压阻式传感器1基本原理半导体压阻式传感器是利用半导体的压阻效应，即其电阻率随应力变化的性质所制成的压力传感器。1.1特点及应用范围利用硅的压阻效应和集成电路技术制成的传感器具有灵敏度高、动态响应快、测量准确度高、稳定性好、工作温度范围宽、易于小型化和批量生产的特点。广泛地应用于航空、化工、航海、动力和医疗等部门。1.2制作方法(1)硅压力传感器可以通过在单晶硅切片上加装电极并粘贴在弹性元件上制作。(2)采用在硅片上进行扩散，形成电阻条的方法制作，称之为固态压阻式压力传感器或扩散型压力传感器。2半导体的压阻效应所谓半导体压阻效应，是指当半导体受到应力作用时，由于载流子浓度n和迁移率μ

的变化，使其电阻率发生变化的现象。半导体压阻效应的强弱用压阻系数π表征。压阻系数被定义为单位应力作用下电阻率的相对变化。即其中，π为半导体材料在晶轴方向的压阻系数，E为半导体材料的弹性模量，σ为应力，ε为应变。2.1半导体的电阻变化2.2压阻系数对于半导体材料而言，较大，而和很小。电阻相对变化率主要取决于电阻率的相对变化。3半导体压阻式传感器应用压阻效应被用来制成各种压力、应力、应变、速度、加速度传感器，把力学量转换成电信号.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。3.1扩散型压阻式压力传感器扩散型压阻式压力传感器可制成：

①硅杯式

②硅梁式

③硅柱式

④片簧式

3.1.1硅杯式结构3.1.2硅杯式变换器原理硅杯式变换器是利用同一块硅材料制作出硅膜片和支撑环。硅膜片一般设计成圆形，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。3.1.3压阻式压力传感器3.1.4压阻式压力传感器原理将圆形硅杯式变换器固定封装于外壳之内，并引出电极引线。此种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。3.2扩散型压阻式加速度传感器3.2.1加速度传感器结构及原理压阻加速度传感器由外壳、悬臂梁、质量块等构成。悬臂梁用单晶硅半导体制成，梁的一端固定在传感器基座上，另一端悬挂质量块。在硅梁根部集成4个应变片构成压阻桥（其布置与电桥相似）。3.2.2加速度测量原理当传感器装在被测物体上随之运动时，传感器具有与被测件相同的加速度。质量块按牛顿定律（第二定律）产生力作用于硅梁上，形成应力，使电阻桥受应力作用而引起其电阻值变化。3.2.2输入输出关系根据材料力学理论，可推算出悬臂梁根部应变为

m为质量块质量，l为质量块中心到悬臂梁根部的距离，E为悬臂梁材

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