壓阻式傳感器結(jié)構(gòu)

1.????? 基本工作原理

半導(dǎo)體材料受到應(yīng)力作用時(shí)，其電阻率會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。實(shí)際上，任何材料都不同程度地呈現(xiàn)壓阻效應(yīng)，但半導(dǎo)體材料的這種效應(yīng)特別強(qiáng)。

? ????公式推導(dǎo)

??? 電阻應(yīng)變效應(yīng)的分析公式也適用于半導(dǎo)體電阻材料，故仍可用式(9.6)來(lái)表達(dá)。對(duì)于金屬材料來(lái)說(shuō)，比較小，但對(duì)于半導(dǎo)體材料，，即因機(jī)械變形引起的電阻變化可以忽略，電阻的變化率主要是由引起的，即

(9.9)

由半導(dǎo)體理論可知：

(9.10)

式中?????

?????????? πL—沿某晶向L的壓阻系數(shù)；

?????? σ—沿某晶向L的應(yīng)力；

????????????? E—半導(dǎo)體材料的彈性模量。

則半導(dǎo)體材料的靈敏系數(shù)K0為

(9.11)

??? 對(duì)于半導(dǎo)體硅，πL=(90～80)×10-11m2/N，E=1.67×1011N/m2，則k0=πLE＝50～100。顯然半導(dǎo)體電阻材料的靈敏系數(shù)比金屬絲的要高50～70倍。

?

對(duì)于半導(dǎo)體硅，πL=(40～80)×10-11m2/N，E=1.67×1011N/m2，則k0=πLE＝50～100。顯然半導(dǎo)體電阻材料的靈敏系數(shù)比金屬絲的要高50～70倍。

?? 最常用的半導(dǎo)體電阻材料有硅和鍺，摻入雜質(zhì)可形成P型或N型半導(dǎo)體。由于半導(dǎo)體(如單晶硅)是各向異性材料，因此它的壓阻效應(yīng)不僅與摻雜濃度、溫度和材料類型有關(guān)，還與晶向有關(guān)(即對(duì)晶體的不同方向上施加力時(shí)，其電阻的變化方式不同)。

2. 壓阻式傳感器類型與特點(diǎn)

壓阻式傳感器有兩種類型：半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器、固態(tài)壓阻式傳感器。

壓阻式傳感器的特點(diǎn)

壓阻式傳感器的特點(diǎn)

壓阻式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是:

靈敏度非常高，有時(shí)傳感器的輸出不需放大可直接用于測(cè)量；

? 分辨率高，例如測(cè)量壓力時(shí)可測(cè)出10～20Pa的微壓；

測(cè)量元件的有效面積可做得很小，故頻率響應(yīng)高；

可測(cè)量低頻加速度和直線加速度。

最大的缺點(diǎn)是溫度誤差大，故需溫度補(bǔ)償或恒溫條件下使用