壓阻式傳感器的結(jié)構(gòu)原理及其在汽車測試中的應(yīng)用研究(編輯修改稿)
2025-04-20 23:26 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 電阻，位于應(yīng)變?yōu)榱愕牡胤剑虼藟毫λ话l(fā)生影響，它的作用是反映單晶硅膜片的真實(shí)溫度。 它的基本原理是利用半導(dǎo)體材料中pn結(jié)本身存在著的結(jié)間電容與p型電阻形成一個RC分布阻容網(wǎng)絡(luò)如圖 418 a),再將RC分布阻容網(wǎng)絡(luò)接成一單獨(dú)的相移振蕩器如圖418 b)。在壓力為零時，相移振蕩器的輸出頻率為 f0，在有壓力作用時，網(wǎng)絡(luò)中的電阻發(fā)生變化，相移振蕩器的輸出頻率為f1,這樣頻率的變化反映出壓力的變化。即 在結(jié)構(gòu)上一般都采用差頻輸出的形式，也就是選擇適當(dāng)?shù)木嗪臀恢茫龀蓛商兹鐖D419所示的相移振蕩器。在壓力為零時，兩個相移振蕩器的輸出頻率都為f0，這時差頻為零。在被測壓力作用下，一個相移振蕩器由于電阻增加，輸出頻率減少為fl。而另一個相移振蕩器則相反，電阻減小，使輸出頻率增加為f1’。這時頻率△f為頻率差△f的變化就反映了壓力的變化值。 二 壓阻式傳感器其應(yīng)用電路設(shè)計(jì)壓阻式傳感器可以用恒壓源供電，也可用恒流源供電，但恒壓源供電與恒流源供電相比存在環(huán)境溫度影響不能消除的問題，如圖所示 假設(shè)四個擴(kuò)散電阻的起始阻值都相等且為R，當(dāng)有應(yīng)力時$兩個電阻阻值增加，增量為另兩個電阻阻值減小，減小量為，由于溫度影響，使每小電阻值都有 的變化量。因此，電橋的輸出： 可以看出輸出電壓V與溫度有關(guān)且為非線性，所以用恒壓源供電時，不能消除溫度的影響。 可以看出輸出電壓V與溫度無關(guān)，這就消除了溫度對傳感器輸出信號的影響。所以可采用如圖所示的恒流源供電電路，它采用雙電源供電以避免共模干擾。電流 其穩(wěn)定度取決于基準(zhǔn)電壓源1403和電阻R的穩(wěn)定度。 壓阻式傳感器的滿量程輸出信號為70—350mv不等，其輸出阻抗很高，這就要求放大電路須有更高的輸入阻抗，不從傳感器輸出端吸收電流，以免破壞傳感器的工作狀態(tài)。這里介紹的放大電路如圖所示 這一電路具有很高的輸入阻抗和很高的共模抑制比和開環(huán)增益。失調(diào)電流、電壓、噪聲和漂移都很小。圖中A1 ，A2組成第一級同相并聯(lián)差動放大器，這一級的放大輸出為 A1,A2輸入端不吸收電流，并且電路結(jié)構(gòu)對稱，漂移和失調(diào)相互抵消，具有抑制共模信號干擾的能力，A3構(gòu)成第二級差動放大，提高放大倍數(shù)，欲有效地抑制共模信號干擾，須使電路中 則放大器總輸出為 調(diào)節(jié)電位器W,可改變放大器增益,令R1=R2,則 三 壓阻式傳感器發(fā)展?fàn)顩r，從此開始用硅制造壓力傳感器。早期的硅壓力傳感器是半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)式的。后來在 N型硅片上定域擴(kuò)散P型雜質(zhì)形成電阻條，并接成電橋,制成芯片。此芯片仍需粘貼在彈性元件上才能敏感壓力的變化。采用這種芯片作為敏感元件的傳感器稱為擴(kuò)散型壓力傳感器。這兩種傳感器都同樣采用粘片結(jié)構(gòu)，因而存在滯后和蠕變大、固有頻率低、不適于動態(tài)測量以及難于小型化和集成化、精度不高等缺點(diǎn)。70年代以來制成了周邊固定支撐的電阻和硅膜片的一體化硅杯式擴(kuò)散型壓力傳感器。它不僅克服了粘片結(jié)構(gòu)的固有缺陷，而且能將電阻條、補(bǔ)償電路和信號調(diào)整電路集成在一塊硅片上，甚至將微型處理器與傳感器集成在一起，制成智能傳感器（見單片微型計(jì)算機(jī)）。這種新型傳感器的優(yōu)點(diǎn)是:①頻率響應(yīng)高(),適于動態(tài)測量。②體積?。ǎm于微型化；③精度高，～%；④靈敏高,比金屬應(yīng)變計(jì)高出很多倍，有些應(yīng)用場合可不加放大器；⑤無活動部件，可靠性高，能工作于振動、沖擊、腐蝕、強(qiáng)干擾等惡劣環(huán)境
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