第2章 电阻式传感器课件--大学PPT课件精品.pptVIP

应变式压力传感器 　　主要用来测量流动介质的动态或静态压力 应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。  　　在压力p作用下，膜片产生径向应变εr和切向应变εt，表达式分别为 图3-15 膜片式压力传感器 （a） 应变变化图; （b） 应变片粘贴 应变变化曲线的特点：当x=0时，εrmax=εtmax；当x=R时，εt=0， εr=－2εrmax。  特点的应用：一般在平膜片圆心处切向粘贴R1、R4两个应变片， 在边缘处沿径向粘贴R2、R3两个应变片，然后接成全桥测量电路。 避开　　　位置。 应变式容器内液体重量传感器 感压膜感受上面液体的压力。 当容器中溶液增多时，感压膜感受的压力就增大。将其上两个传感器Rt的电桥接成正向串接的双电桥电路，此时输出电压为 Uo=U1＋U2=(K1＋K2)hρg 式中, K1，K2为传感器传输系数。 结论：电桥输出电压与柱式容器内感压膜上面溶液的重量成线性关系，因此可以测量容器内储存的溶液重量。 图3-16 应变片容器内液体重量传感器 应变式加速度传感器 用于物体加速度的测量。 依据：a=F/m。  图3-17 电阻应变式加速度传感器结构图 测量原理：将传感器壳体与被测对象刚性连接，当被测物体以加速度a 运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用， 使悬臂梁变形，该变形被粘贴在悬臂梁上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电阻发生变化。 电阻的变化引起应变片组成的桥路出现不平衡，从而输出电压， 即可得出加速度a值的大小。  适用范围：不适用于频率较高的振动和冲击场合， 一般适用频率为10~60 Hz范围。 2.2 半导体应变片及压阻式传感器 2.2.1 半导体应变片 半导体应变片是用半导体材料，采用与丝式应变片相同方法制成的。 半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应。 压阻效应：材料的电阻率随作用应力而变化的现象称为该材料的压阻效应 。 所有材料在某种程度上都呈现压阻现象，但半导体材料的这种效应特别显著，能直接反映出微小的应变。 半导体压阻效应可解释为：由应变引起能带变形，从而使能带中的载流子迁移率及浓度也相应地发生相对变化，因此导致电阻率变化。 1 – 应变片 2 – 半导体敏感条 3 – 外引线 4 – 引线连接片 5 – 内引线 体形半导体应变片的结构形状 半导体应变片的制作方法 将半导体材料按所需晶向切割成片或条，粘贴在弹性元件上，制成单根状敏感栅使用，称作“体型半导体应变片”。 将P型杂质扩散到N型硅片上，形成极薄的导电P型层，焊上引线即成应变片称作“扩散硅应变片”。 优点：尺寸、横向效应和机械滞后都很小，灵敏度高，频率响应范围很宽，输出幅值大，不需要放大器，可直接与记录仪连接使用，使测量系统简单，分辨率高。 缺点：温度系数大，测量较大应变时非线性比较严重。 半导体电阻应变片的测量电路 一般采用直流电桥电路，但须采用温度补偿措施，如图所示。 2.2.2 压阻式传感器 半导体硅有良好的弹性形变性能和显著的压阻效应。利用半导体硅的压阻效应和集成电路技术制成的力传感器，具有灵敏度高、动态响应快、工作温度范围宽、稳定性好、易集成化等一系列优点，因此应用日益广泛。 早期的硅压力传感器是半导体应变片式的，是金属应变片的延伸；是利用半导体比金属高的灵敏系数，代替合金材料，把硅片或其制成的芯片粘贴在弹性体上，但没脱离应变片的模式。70年代，采用集成电路技术研制的扩散型压阻式传感器（或称固态压阻式传感器），克服了粘贴带来较大的滞后和蠕变以及固有频率较低和集成化困难的缺点，而且把应变电阻条和误差补偿、信号调整等电路集成在一块硅片上。 （1）半导体的压阻系数 （2）压阻式传感器的组成和工作原理 （3）硅杯的结构与材料 （4）扩散电阻条的阻值、尺寸、取向与位置 （5）压阻式传感器的温度漂移 （6）压阻式传感器的应用 （1）半导体材料的压阻系数 材料电阻的变化为 对半导体材料， ，几何尺寸变化（机械变形）引起的电阻变化可忽略，电阻阻值的变化主要是因电阻率变化引起的，即 由半导体理论可知，硅和锗的纵向电阻率的相对变化 πL ——沿晶向L的压阻系数（m2／N）；σ——沿晶向L的应力（N／m2）； E ——半导体材料的弹性模量（N／m2）；ε