【文章內(nèi)容簡介】 o( a )R1＋ ? R1A CBEDR2－ ? R2Uo( b )R3－ ? R3R4＋ ? R4＋－＋－差動半橋 差動全橋 2:03 PM 55 （二） 交流電橋 Z1U?oU?( a )Z2Z3Z4～R1R2R4R3oU?C1C2U?( b )～交流電橋 2:03 PM 56 ???????????????11112222334411RZj R CRZj R CZRZR??C C2表示應(yīng)變片引線分布電容。 可求得交流電橋的平衡條件為： ?2413RRRR?2112RCRC2:03 PM 57 R1R2R4R3A CR5DU?oU?( a )R1R2R4R3A CR5U?oU?( b )B BR6R1R2R4R3A CU?oU?( c )BC1C2C3C4R1R2R4R3A CCU?oU?( d )BRD～ ～～ ～交流電橋平衡調(diào)節(jié) 2:03 PM 58 六、 應(yīng)變片傳感器的應(yīng)用 1 力傳感器 2 壓力傳感器 3 液重傳感器 4 加速度傳感器 2:03 PM 59 ( a ) ( b )( c )R1R5R2R6R3R7R4R8R1R3R5R7R6R8R2R4( d )UoU?～1) 圓柱 (筒 )式力傳感器 柱式 筒式 圓柱面展開圖 橋路連線圖 應(yīng)變式力傳感器 2:03 PM 60 ( a )AR1R2Bh( b )MBA?FR? ＝ 3 9 . 5 176。與柱式相比 ， 應(yīng)力分布變化較大 ， 且有正有負 。 結(jié)構(gòu)圖 2) 環(huán)式力傳感器 應(yīng)力分布 2:03 PM 61 2:03 PM 62 2:03 PM 63 沖床生產(chǎn)記數(shù)和生產(chǎn)過程監(jiān)測。 2:03 PM 64 2:03 PM 65 將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形 ， 再通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出 。 2:03 PM 66 ?t ?rxhRpR2R1R4 R3?r?t( a ) ( b )膜片式壓力傳感器 應(yīng)變變化圖 應(yīng)變片粘貼 2 、應(yīng)變式壓力傳感器 2:03 PM 67 微 壓 傳 感器電阻應(yīng)變敏感元件傳壓桿感壓膜hRLU1R2R4R0R1R3RtUoLR ?U22R ?1R ?4R ?0R ?tR ?3R ? 容器內(nèi)液重傳感器 120()K K QUA??2:03 PM 68 應(yīng)變式加速度傳感器主要用于物體加速度的測量 。 基本工作原理： 物體運動的加速度與作用在它上面的力成正比 ， 與物體的質(zhì)量成反比 ， 即 a=F/m。 加速度傳感器 2:03 PM 69 電阻應(yīng)變式加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖 32 1 41— 等 強 度 梁；2— 質(zhì)量塊；3— 殼體；4— 電 阻 應(yīng) 變敏 感 元 體適用 10~60 Hz a=F/m 2:03 PM 70 振動式地音入侵探測器 : 適合于金庫、倉庫、古建筑的防范，挖墻、打洞、爆破等破壞行為均可及時發(fā)現(xiàn)。 2:03 PM 71 橋梁固有頻率測量 : 2:03 PM 72 脈象傳感器 2:03 PM 73 壓阻傳感器是利用硅的壓阻效應(yīng)和微電子技術(shù)制成的一種新的物性型傳感器 。 第二節(jié) 壓阻式傳感器 ?體型壓力傳感器 ： ?半導(dǎo)體應(yīng)變式 ?固態(tài)壓阻式傳感器 （擴散型壓阻傳感器）： ?應(yīng)變電阻與硅基片一體化 2:03 PM 74 2( 1 2 )d R d l d ldRldl???????? ? ?? ? ? ?材料阻值變化 ： ：應(yīng)變?yōu)椴此杀龋??? :一、壓阻效應(yīng) ? 壓阻效應(yīng) ：當固體材料在某一方向承受應(yīng) 力時，其 電阻率 （或電阻）發(fā)生變化的現(xiàn)象。 2:03 PM 75 :d ? ? ? ? ?? ??引 入 ： （ ： 為 壓 阻 系 數(shù) 。 應(yīng) 力 ）( 1 2 )dRR? ? ? ?? ? ? ?電阻相對變化量： 對金屬材料 ： ( 1 2 ) mdR KR ? ? ?? ? ? ? ?2:03 PM 76 對半導(dǎo)體材料 ： sdR EKR? ? ? ? ?? ? ? ? 式中： π—— 壓阻系數(shù)； E—— 彈性模量； σ—— 應(yīng)力； ε—— 應(yīng)變。 ?????? Ed ??? ? ? ???????? 2121 ?????? ERdR 由于半導(dǎo)體的 π E一般可達 50100,比（ 1+2μ ） 2 大幾十倍甚至上百倍，因此引起半導(dǎo)體材料電阻相對變化的主要原因是壓阻效應(yīng)，所以上式可近似寫成 ： m m s K K K 100 ~ 50 ? 2:03 PM 77 晶體是具有多面體形態(tài)的固體 ， 由分子 、 原子或離子有規(guī)則排列而成 。 這種多面體的表面由稱為 晶面 的許多平面圍合而成 。 晶面與晶面相交的直線稱為 晶棱 ， 晶棱的交點稱為晶體的 頂點 。 為了說明晶格點陣的配置和確定晶面的位置 ，通常引進一組對稱軸線 ， 稱為 晶軸 ， 用 X、 Y、 Z表示 。 二、晶向的表示方法 擴散硅壓阻式傳感器的基片是半導(dǎo)體單晶硅。單晶硅是 各向異性材料 ，取向不同其特性不一樣。而取向是用 晶向 表示的，所謂晶向就是 晶面 的法線方向。 2:03 PM 78 C Z O B A X Y 1 1 晶體晶面的截距表示 硅為立方晶體結(jié)構(gòu) ，就取立方晶體的三個相鄰邊為 X、 Y、 Z。 在晶軸 X、 Y、 Z上取與所有晶軸相交的某晶面為 單位晶面 ，如圖所示。 此晶面與坐標軸上的截距為 OA、 OB、 OC。已知某晶面在 X、 Y、 Z軸上的截距為 OAx、 OBy、 OCz，它們與單位晶面在坐標軸截距的比可寫成： 2:03 PM 79 式中 ， p、 q、 r為沒有公約數(shù) (1除外 )的簡單整數(shù) 。 為了方便取其倒數(shù)得： 式中 ， h、 k、 l也為沒有公約數(shù) （ 1除外 ） 的簡單整數(shù) 。 依據(jù)上述關(guān)系式 ， 可以看出截距 OAx、 OBy、 OCz的晶面 ， 能用三個簡單整數(shù) h、 k、 l來表示 。 h、 k、 l稱為密勒指數(shù) 。 rqpOCOCOBOBOAOA zyx :::: ?1 1 1: : : : : :x y zO A O B O C h k lO A O B O C p q r??2:03 PM 80 而晶向是晶面的法線方向，根據(jù)有關(guān)的規(guī)定， 晶面 符號為 (hkl)， 晶面全集 符號為 {hkl}，晶向符號為 [hkl]，晶向全集 符號為 〈 hkl〉 。晶面所截的線段對于 X軸， O點之前為正， O點之后為負；對于 Y軸， O點右邊為正， O點左邊為負；對于 Z軸，在 O點之上為正， O點之下為負。 C Z O B A X Y 1 1 2:03 PM 81 依據(jù)上述規(guī)定的晶體符號的表示方法，可用來分析立方晶體中的晶面、晶向。 (110) [110] [100] (100) (111) [111] [001] [100] [010] [110] [100] [001] Z Y X 單晶硅內(nèi)幾種不同晶向與晶面 （ b） （ a） ? 對立方晶系（ x=y=z,x⊥y⊥z), 面指數(shù)為（ hkl)的晶面與密勒指數(shù)為 [hkl]的晶向彼此垂直。 2:03 PM 82 例： ]111[? ?111? ?111? 晶向、晶面、晶面族分別為： ? 晶向、晶面、晶面族分別為： x y 1 1 1 z z x y 4 2 2 ]122[? ?122? ?1222:03 PM 83 ?判斷兩晶面垂直 ?兩晶向 A[h1k1l1 ]與 B[h2k2l2]: 212121 llkkhhBA ??????垂直0212121 ????? llkkhhBA ??不垂直0212121 ????? llkkhhBA ??2:03 PM 84 三、壓阻系數(shù) 單晶硅的壓阻系數(shù) d ? ? ? ?? ? ? ?654321 ,, ??????654321 ,, ???????六個獨立的應(yīng)力分量： ?六個獨立的電阻率的變化率： 半導(dǎo)體電阻的相對變化近似等于電阻率的相對變化，而 電阻率的相對變化與應(yīng)力成正比 ，二者的比例系數(shù)就是 壓阻系數(shù) 。 2:03 PM 85 電阻率的變化與應(yīng)力分量之間的關(guān)系 : ?????????????????????????????????????????????????????????????654321666564636261565554535251464544434241363534333231262524232221161514131211654321????????????????????????????????????????????????2:03 PM 86 分析 : ? 剪切應(yīng)力不可能產(chǎn)生正向壓阻效應(yīng) ? 正向應(yīng)力不可能產(chǎn)生剪切壓阻效應(yīng) ? 剪切應(yīng)力只能在剪切應(yīng)力平面內(nèi)產(chǎn)生壓阻效應(yīng) ? 剪切壓阻系數(shù)相等 ? 正向壓阻系數(shù)相等 ? 橫向壓阻系數(shù)相等 11 12 1212 11 1212 12 114444440000000000 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0? ? ?? ? ?? ? ????????????????441211 ??? 、分別為縱向、橫向和剪切