文档介绍:会计学
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常用物型传感器
压阻式传感器
温度补偿原理与方法
结构与类型
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压阻式传感器是利用固体的压阻效应制成的,主要用于测量压力、加速度和载荷等参数。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粘贴式的应变片,这在第四章的电阻应变式传感器中已介绍过。另一种是在半导体的基片上用集成电路工艺制成扩散型压敏电阻,用它作为传感元件制成的传感器,称固态压阻式传感器,也叫扩散型压阻式传感器。
压阻式传感器
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工作原理
在第4章已讲过,任何材料发生变形时电阻的变化率由下式决定:
对于半导体材料而言,R/R=(1+2)+/=(1+2)+,它由两部分组成:前一部分(1+2)表示由尺寸变化所致,后一部分表示由半导体材料的压阻效应所致。实验表明:>>1+2,也即半导体材料的电阻值变化主要是由电阻率变化引起的。因此可有:
其中,表示压阻系数。半导体电阻率随应变所引起的变化称为半导体的压阻效应。
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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,而单晶硅是各向异性材料,取向不同时特性也不一样。取向是用晶向来表示的,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。
对于图5-1所示的平面,如果用截距法,可表示为
如果用法线法,可表示为
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半导体材料(一般是单晶硅),沿三个晶轴方向取出一微元素,单晶硅上受到作用力时,微元素上的应力分量应有9个(如图5-3所示),但剪切应力总是两两相等的,即有:23=32,13=31,12=21,9个分量中只有6个是独立的,即:11、22、33、23、31、12是独立的
3. 压阻系数
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6个独立应力分量可写成:1、2、3、4、5、6。有应力存在就会产生电阻率的变化。6个独立应力分量分别可在6个相应的方向产生独立的电阻率的变化,若电阻率的变化率/用符号表示,则6个独立的电阻率的变化率可写成:1、2、3、4、5、6。
电阻率的变化率与应力之间通过压阻系数相联系,6个独立的电阻率的变化率与6个独立的应力分量之间的压阻系数关系如表5-1所示。
3. 压阻系数
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3. 压阻系数
压阻系数的矩阵为:
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结构与类型
硅压阻式传感器由外壳、硅膜片和引线组成,其结构原理参见图5-4所示。其核心部分做成杯状的硅膜片,通常叫做硅杯。外壳则因不同用途而异。在硅膜片上,用半导体工艺中的扩散掺杂法做四个相等的电阻,经蒸镀铝电极及连线,接成惠斯登电桥,再用压焊法与外引线相连。膜片的一侧是和被测系统相连接的高压腔,另一侧是低压腔,通常和大气相通,也有做成真空的。
压阻式传感器的结构原理
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由图5-5可见,均布压力P产生的应力是不均匀的,且有正应力区和负应力区。当r =,r =0;当r <,r >0,即为拉应力;当r >,r <0,即为压应力。当r =,t =0,仅有r存在,且r <0,即为压应力。利用这一特性,选择适当的位置布置电阻,使其接入电桥的四臂中,两两电阻在受力时一增一减,且阻值增加的两个电阻和阻值减小的两个电阻分别对接,形成差动全桥。
结构与类型
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