第二节
第二节
压阻式传感器
压阻式传感器
?一、工作原理
?二、类型与特点
?三、温度误差及其补偿
?四、压阻式传感器举例
返回下一页
一、
一、
工作原理
工作原理
固体受到作用力后，电阻率就要发生变化，这
种效应称为压阻效应
半导体材料的压阻效应特别强。
压阻式传感器的灵敏系数大，分辨率高。频率
响应高，体积小。它主要用于测量压力、加速
度和载荷等参数。
因为半导体材料对温度很敏感，因此压阻式传
感器的温度误差较大，必须要有温度补偿。
返回上一页下一页
压阻效应
压阻效应
ρ
ρ??
μ
?
+
l
l
21
R
R
）＋＝（
金属材料半导体材料
l
l
E
?
πσπ
ρ
ρ?
ell
=＝
某晶向的压阻系数应力半导体材料的弹性模量
半导体电阻率
半导体硅材料，，，
则
Nm /10)8040(
211
l
?
×?=π
NmE /1067.1
211
e
×=
100~50
0
== kρρ?
半导体材料的灵敏系数>>金属应变片灵敏系数(1＋2μ)
可近似认为
ρρ??＝RR
返回上一页下一页
晶向
晶向
晶面的法线方向
晶面的法线方向
半导体电阻材料有结晶的硅和锗，掺入杂质形
成P型和N型半导体。
压阻效应是因在外力作用下，原子点阵排列发
生变化，导致载流子迁移率及浓度发生变化而
形成的。
由于半导体（如单晶硅）是各向异性材料，因
此它的压阻系数不仅与掺杂浓度、温度和材料
类型有关，还与晶向有关。
返回上一页下一页
晶向的表示方法
晶向的表示方法
截距法
法线法
Z
t
N
L
M
s
Y
O
r
X
P
返回上一页下一页
任意晶向的压阻系数
任意晶向的压阻系数
πl
应力变化用σ表示，电阻率变化用δ符号表示
电阻率的变化率与应力之间的关系是由压阻系数
πij
表征
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
6
2
1
666564636261
262524232221
161514131211
6
2
1
σ
σ
σ
ππππππ
ππππππ
ππππππ
δ
δ
δ
M
KKKKKK
KKKKKK
KKKKKK
M
＝
返回上一页下一页
压阻系数的矩阵
压阻系数的矩阵
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
44
44
44
111212
121112
121211
00000
00000
00000
000
000
000
π
π
π
πππ
πππ
πππ
独立的压阻系数分量只有三个，
称为纵向压阻系数；
称为横向压阻系数；
称为剪切压阻系数
11
π
44
π
12
π
返回上一页下一页
二、
二、
类型
类型
与特点
与特点
z一种是利用半导体材料的体电阻做成的
粘贴式应变片
粘贴式应变片；
z一类是在半导体材料的基片上用集成电
路工艺制成扩散电阻，称
扩散型压阻传
扩散型压阻传
感器
感器。
返回上一页下一页
三、
三、
温度误差及其补偿
温度误差及其补偿
温度变化而变化，将引起零漂和灵敏度漂移
VD
零漂扩散电阻值随温度变化
灵敏度漂移压阻系数随温度变化
R1
R2
R4
R3
Rs
Rp
上一页返回下一页
U
零位温漂串、并联电阻
灵敏度温漂串联二极管
串联电阻R
s
起调零作用
并联电阻R
P
起补偿作用
U0
四
四
、
、
压阻式传感器举例
压阻式传感器举例
半导体应变式传感器
压阻式压力传感器
压阻式加速度传感器
返回上一页下一页
