【正文】 流子數(shù) 及平均遷移率 μav 之積成反比。 e —— 電子電荷量。 av?iN 應力作用于半導體時，同時使 和 發(fā)生變化，變化的大小和方向取決于半導體的類型、載流子濃度以及作用于半導體某一晶向上的壓力。 哈爾濱工業(yè)大學 第二章 電阻式傳感器 dl?? ????ld E? ???? ? ?l??式中： —— 縱向壓阻系數(shù) —— 應力 由材料力學知： E????應力 應變 半導體材料彈性模量 這樣 哈爾濱工業(yè)大學 第二章 電阻式傳感器 金屬電阻絲的相對靈敏度系數(shù)為： ( 1 2 )dK????? ? ?代入得到： 12 lKE??? ? ? ?彈性模量 泊松比 壓阻系數(shù) 金屬應變片 ? 基本不變 金屬應變片 12K ???半導體應變片 ? 變化 半導體應變片 lKE???哈爾濱工業(yè)大學 第二章 電阻式傳感器 常用的單晶硅材料是各向異性的，取向不同時特性不一樣。取向用 晶向 來表示。 晶向 是晶面的法線方向，用 密勒指數(shù) 表示。 密勒指數(shù) 是在晶體 x、 y、 z 軸上晶面截距的倒數(shù)化成的三個沒有公約數(shù)的整數(shù)。 壓阻系數(shù)隨晶向不同而異， 晶向不同，壓阻效應也明顯不同。 對 P型硅來說， 〈 111〉 晶向的相對靈敏度系數(shù) K111達 150，而 〈 100〉 晶向的 K100只有 10左右。 哈爾濱工業(yè)大學 第二章 電阻式傳感器 二、壓阻器件的特性 溫度性能 壓阻器件的阻值和靈敏度系數(shù)受溫度影響較大，會產(chǎn)生 零位溫度漂移 和 靈敏度溫度漂移 。 對于零位溫度漂移一般采用橋臂上串、并聯(lián)電阻的方法進行補償。 線性度 對于擴散型壓阻器件，由于表面參雜濃度很高，非線性項很小，因此壓阻電橋輸出的線性度比較好（在有效測量范圍內(nèi)）。 哈爾濱工業(yè)大學 167。 24 電阻式傳感器應用示例 示例 1：應變片在懸臂梁上的粘貼及變形 第二章 電阻式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學 F R 1 R 2 R 4 示例 2：應變式荷重傳感器的外形及應變片的粘貼位置 第二章 電阻式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學 第二章 電阻式傳感器 示例 2：應變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)） F F 哈爾濱工業(yè)大學 第二章 電阻式傳感器 F F 示例 2：應變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)） 哈爾濱工業(yè)大學 第二章 電阻式傳感器 荷重傳感器原理演示 荷重傳感器上的應變片在重力作用下產(chǎn)生變形。軸向變短，徑向變長。 哈爾濱工業(yè)大學 第二章 電阻式傳感器 示例 3： 力傳感器測量電路 － ＋ ＋ － 177。 AD581 +10V +15V A1 AD741 10Ω 1500P 200 +10V +12V b a +15V － 15V 輸出 Uo 0~10V 負載 失調(diào) +15V A2 AD522 10K Rg 4 1 14 2 13 3 6 8 5 12 7 11 調(diào)整 Rg使電路滿量程輸出為 0~10V 2022o a bgKUUR?? ???????哈爾濱工業(yè)大學 第二章 電阻式傳感器 示例 4：汽車衡 哈爾濱工業(yè)大學 第二章 電阻式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學 汽車衡稱重系統(tǒng) 第二章 電阻式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學 示例 5： 荷重傳感器用于構件的稱重 荷重傳感器 （共 3個， 120度分布，以達到均衡目的，另兩個未拍出） 底座 墊塊 電纜 第二章 電阻式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學 第二章 電阻式傳感器 原理 將物品重量通過懸臂梁轉化結構變形再通過應變片轉化為電量輸出。 示例 6：電子秤 哈爾濱工業(yè)大學 磅秤 超市打印秤 遠距離顯示 示例 6：電子秤 第二章 電阻式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學 電子天平 電子天平的精度可達十萬分之一 第二章 電阻式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學 人體秤 第二章 電阻式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學 吊鉤秤 便攜式 第二章 電阻式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學 示例 7：應變式數(shù)顯扭矩扳手 可用于汽車、摩托車、飛機、內(nèi)燃機、機械制造和家用電器等領域，準確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程 2~，耗電量 ≤10mA，有公制 /英制單位轉換、峰值保持、自動斷電等功能。 第二章 電阻式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學 示例 8：壓阻式固態(tài)壓力傳感器 利用擴散工藝制作的四個半導體應變電阻處于同一硅片上，工藝一致性好，靈敏度相等，漂移抵消，遲滯、蠕變非常小，動態(tài)響應快。 ? 隔離、承壓膜片 可以將腐蝕性的氣體、液體與硅膜片 隔離開來。 第二章 電阻式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學 ? 內(nèi)部結構 信號處理電路 壓阻式固態(tài)壓力傳感器 第二章 電阻式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學 小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器 高壓進氣口 低壓進氣口 絕對壓力傳感器 第二章 電阻式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學 呼吸、透析和注射泵設備中用的壓力傳感器 p1進氣管 p2進氣管 固態(tài)壓力傳感器 小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)） 第二章 電阻式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學 小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)） 表壓壓力傳感器 p1進氣管 第二章 電阻式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學 示例 9：投入式液位計 壓阻式固態(tài)壓力傳感器用于投入式液位計： p1的進氣孔用柔性不銹鋼隔離膜片隔離，并用硅油傳導壓力而與液體相通。 第二章 電阻式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學 投入式液位計外形（續(xù)） 壓阻式固態(tài)壓力傳感器 光柱顯示器 橡膠背壓管 第二章 電阻式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學 投入式液位傳感器 投入式液位傳感器安裝方便，適應于深度為 幾米 至 幾十米，且混有 大 量 污物、雜質(zhì)的水或其他液體的液位測量。 第二章 電阻式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學 第二章 電阻式傳感器 示例 10： 橋梁固有頻率測量 原理 在橋中設置一三角形障礙物，利用汽車礙時的沖擊對橋梁進行激勵，再通過應變片測量橋梁動態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。 哈爾濱工業(yè)大學 材料應變的測量 斜拉橋上的斜拉繩應變測試 第二章 電阻式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學 第二章 電阻式傳感器