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压阻式压力传感器的发展历程及优缺点

日期: 2018-12-11
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压阻式力传感器是利用单晶硅的压阻效应而构成。采用单晶硅片为弹性元件,在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺,在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻,并将电阻接成桥路,单晶硅片置于传感器腔内。当压力发生变化时,单晶硅产生应变,使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成正比的变化,再由桥式电路获相应的电压输出信号。

压阻式压力传感器的发展历程及优缺点

1954年C.S.史密斯详细研究了硅的压阻效应,从此开始用硅制造压力传感器。早期的硅压力传感器是半导体应变计式的。后来在N型硅片上定域扩散P型杂质形成电阻条,并接成电桥,制成芯片。此芯片仍需粘贴在弹性元件上才能敏感压力的变化。

采用这种芯片作为敏感元件的传感器称为扩散型压力传感器。这两种传感器都同样采用粘片结构,因而存在滞后和蠕变大、固有频率低、不适于动态测量以及难于小型化和集成化、精度不高等缺点。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扩散型压力传感器。它不仅克服了粘片结构的固有缺陷,而且能将电阻条、补偿电路和信号调整电路集成在一块硅片上,甚至将微型处理器与传感器集成在一起,制成智能传感器。

这种新型传感器的优点是:

①频率响应高(例如有的产品固有频率达1.5兆赫以上),适于动态测量;

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0.10.01%;

④灵敏高,比金属应变计高出很多倍,有些应用场合可不加放大器;

⑤无活动部件,可靠性高,能工作于振动、冲击、腐蚀、强干扰等恶劣环境。其缺点是温度影响较大(有时需进行温度补偿)、工艺较复杂和造价高等。

缺点是:

    ①温度特性差,由于压阻式压力传感器是用半导体材料制作的,受温度影响较大,因此,在温度变化大的环境中使用时,必须进行温度补偿。


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