压力传感器分析

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是工业实际、仪器仪表节造中最为常用的一种传感器，并宽泛利用于各类工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、出产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管路等多多行业
。

力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加快度传感器等
。但利用最为宽泛的是压阻式压力传感器，它拥有极低的价值和较高的精度以及较好的线性个性
。下面重要介绍这类传感器
。

压阻式压力传感器道理

压阻式压力传感器是利用单晶硅资料的压阻效应和集成电路技术造成的传感器
。压阻式传感器常用于压力、拉力、压力差和能够转变为力的变动的其他物理量(如液位、加快度、沉量、应变、流量、真空度)的丈量和节造
。

压阻效应

当力作用于硅晶体时，晶体的晶格产生变形,使载流子从一个能谷向另一个能谷散射,引起载流子的迁徙率产生变动，扰动了载流子纵向和横向的均匀量，从而使硅的电阻率产生变动
。这种变动随晶体的取向分歧而异，因而硅的压阻效应与晶体的取向有关
。硅的压阻效应分歧于金属应变计，前者电阻随压力的变动重要取决于电阻率的变动，后者电阻的变动则重要取决于几何尺寸的变动(应变)，并且前者的活络度比后者大50～100倍
。

电阻式压力传感器与压阻式压力传感器的对比 电阻式压力传感器传动

电阻式传感器是将输入的机械量应变ε转换为电阻值变动的变换元件
。电阻变换器的输入量为应变ε- L/L，即资料的长度相对变动量，它是一个无穷纲的相对值
。通常ε-10-6为一个微应变
。电阻变换器的输出量为电阻值的相对变动量 R/R0电阻变换器有金属电阻变换器和半导体电阻变换器两种类型
。凭据半导体资料的压阻效应 / - 且 -Eε其中 是应力(F/S); 是压阻系数，E是弹性模量，所以电阻的相对变动为( R/R) Eε
。要丈量其他物理量，如压力、力等，就必要先将应变片贴在相应的弹性元件上，这些物理量被转换为弹性元件的应变，再经应变片将应变转换为电阻输出量
。

结构与传动 压阻式压力传感器选取集成工艺将电阻条集成在单晶硅膜片上,造成硅压阻芯片,并将此芯片的周边固定封装于表壳之内，引出电极引线
。压阻式压力传感器又称为固态压力传感器，它分歧于粘贴式应变计需通过弹性敏感元件间接感触表力，而是直接通过硅膜片感触被测压力的
。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
。硅膜片通常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,并接玉成桥，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肯定方向上扩散造作电阻条，两条受拉应力的电阻条与另两条受压应力的电阻条构玉成桥
。

压阻式压力传感器的优弊端

压阻式压力传感器的利益：

1.频率响应高，f0可达1.5M;

2.体积幼、耗电少;

3.活络度高、精度好，可丈量到0.1%的精确度;

4.无活动部件(敏感元件与转换元件一体)
。

压阻式压力传感器的弊端：

1.温度个性差;

2.工艺复杂
。

压力传感器利用

压阻式传感器宽泛地利用于航天、航空、航海、石油化工、动力机械、生物医学工程、形象、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关键参数，对静态和动态压力，部门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梦想的传感器
。

例如：用于丈量直升飞机机翼的气流压力散布，测试发起机进气口的动态畸变、叶栅的脉动压力和机翼的抖动等
。在飞机喷气发起机中心压力的丈量中，使用专门设计的硅压力传感器,其工作温度达500℃以上
。在波音客机的大气数据丈量系统当选取了精度高达0.05%的配套硅压力传感器
。在尺寸缩幼的风洞模型试验中，压阻式传感器能密集装置在风洞进口处和发起机进气管路模型中
。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,压阻式传感器也是梦想的检测工具
。已造成扩散硅膜薄到10微米,表径仅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、尿路、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利用于爆炸压力和冲击波的丈量、真空丈量、监测和节造汽车发起机的机能以及诸如丈量枪炮膛内压力、发射冲击波等刀兵方面的丈量
。此表，在油井压力丈量、随钻测向和测位地下密封电缆故障点的检测以及流量和液位丈量等方面都宽泛利用压阻式传感器
。随着微电子技术和推算机的进一步发展，压阻式传感器的利用还将迅速发展
。

本文来自【丽江市J9集团传感技术有限公司】

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