传感器

　　声明：，，，。概况

　　压阻式传感器piezoresistance type transducer是指运用单晶硅资料的压阻效应和集成电路技能制成的传感器。单晶硅资料在遭到力的作用后，电阻率发生改变，经过丈量电路就可得到正比于力改变的电信号输出。压阻式传感器用于压力、拉力、压力差和能够转变为力的改变的其他物理量（如液位、加速度、分量、应变、流量、真空度）的丈量和操控。

　　当力作用于硅晶体时，晶体的晶格发生变形,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改变，扰动了载流子纵向和横向的均匀量，从而使硅的电阻率发生改变。这种改变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），前者电阻随压力的改变首要取决于电阻率的改变，后者电阻的改变则首要取决于几许尺度的改变（应变），并且前者的活络度比后者大50～100倍。

　　这种传感器选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（概述图）。压阻式压力传感器又称为固态压力传感器，它不同于张贴式应变计需经过弹性活络元件直接感触外力，而是直接经过硅膜片感触被测压力的。概述图中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。硅膜片一般规划成周边固支的圆形，直径与厚度比约为20～60。在圆形硅膜片(N型)定域分散4条P杂质电阻条,并接满足桥，其间两条坐落压应力区，另两条处于拉应力区，相对于膜片中心对称。图2中是两种微型压力传感器的膜片，图中数字的单位为毫米。此外，也有选用方形硅膜片和硅柱形活络元件的。硅柱形活络元件也是在硅柱面某一晶面的必定方向上分散制作电阻条，两条受拉应力的电阻条与另两条受压应力的电阻条构满足桥。

　　压阻式传感器是依据半导体资料的压阻效应在半导体资料的基片上经分散电阻而制成的器材。其基片可直接作为丈量传感元件，分散电阻在基片内接成电桥方式。当基片遭到外力作用而发生形变时，各电阻值将发生改变，电桥就会发生相应的不平衡输出。 用作压阻式传感器的基片（或称膜片）资料首要为硅片和锗片，硅片为活络 资料而制成的硅压阻传感器越来越遭到人们的注重，特别是以丈量压力和速度的固态压阻式传感器运用最为遍及。

　　1954年C.S.史密斯具体研讨了硅的压阻效应，从此开端用硅制作压力传感器。前期的硅压力传感器是半导体应变计式的。后来在 N型硅片上定域分散P型杂质构成电阻条，并接成电桥,制成芯片。此芯片仍需张贴在弹性元件上才干活络压力的改变。选用这种芯片作为活络元件的传感器称为分散型压力传感器。这两种传感器都相同选用粘片结构，因此存在滞后和蠕变大、固有频率低、不适于动态丈量以及难于小型化和集成化、精度不高级缺陷。70年代以来制成了周边固定支撑的电阻和硅膜片的一体化硅杯式分散型压力传感器。它不只克服了粘片结构的固有缺陷，并且能将电阻条、补偿电路和信号调整电路集成在一块硅片上，乃至将微型处理器与传感器集成在一起，制成智能传感器（见单片微型计算机）。这种新式传感器的长处是:①频率响应高(例如有的产品固有频率达1.5兆赫以上),适于动态丈量;②体积小（例如有的产品外径可达0.25毫米），适于微型化；③精度高，可达0.1～0.01%；④活络高,比金属应变计高出很多倍，有些运用场合可不加放大器；⑤无活动部件，可靠性高，能作业于振荡、冲击、腐蚀、强搅扰等恶劣环境。其缺陷是温度影响较大（有时需进行温度补偿）、工艺较杂乱和造价高级。

　　压阻式传感器广泛地运用于航天、航空、帆海、石油化工、动力机械、生物医学工程、气候、地质、地震丈量等各个领域。在航天和航空工业中压力是一个要害参数,对静态和动态压力,部分压力和整个压力场的丈量都要求很高的精度。压阻式传感器是用于这方面的较抱负的传感器。例如,用于丈量直升飞机机翼的气流压力散布，测验发动机进气口的动态畸变、叶栅的脉动压力和机翼的颤动等。在飞机喷气发动机中心压力的丈量中，运用专门规划的硅压力传感器,其作业温度达500℃以上。在波音客机的大气数据丈量体系中选用了精度高达0.05%的配套硅压力传感器。在尺度缩小的风洞模型试验中，压阻式传感器能密布安装在风洞进口处和发动机进气管道模型中。单个传感器直径仅2.36毫米，固有频率高达300千赫,非线性和滞后均为全量程的±0.22%。在生物医学方面,压阻式传感器也是抱负的检测工具。已制成分散硅膜薄到10微米,外径仅0.5毫米的注射针型压阻式压力传感器和能丈量心血管、颅内、尿道、子宫和眼球内压力的传感器。图3是一种用于丈量脑压的传感器的结构图。压阻式传感器还有效地运用于爆破压力冲击波的丈量、真空丈量、监测和操控轿车发动机的功能以及比如丈量枪炮膛内压力、发射冲击波等武器方面的丈量。此外，在油井压力丈量、随钻测向和测位地下密封电缆毛病点的检测以及流量和液位丈量等方面都广泛运用压阻式传感器。跟着微电子技能和计算机的进一步开展，压阻式传感器的运用还将迅速开展。

　　压阻式传感器原理压阻式传感器是指运用单晶硅资料的压阻效应和集成电路技能制成的传感器。单晶硅资料在遭到力的作用后，电阻率发生改变，经过丈量电路就可得到正比于力改变的电信号输出。压阻式传感器用于压力、拉力、压力差和能够转变为力的改变的其他物理量（如液位、加速度、分量、应变、流量...