[工學(xué)]第五章壓力傳感器-資料下載頁
2025-01-19 08:37本頁面
【正文】 0在 R1=R3=R0+KPR0和 R2=R4=R0KPR0時有（ 1）（ 2）50式中 K為力敏電阻的靈敏度系數(shù)， P為壓力，將（ 1）代入式（ 2）得到（ 3）輸出電壓 V0的溫度系數(shù)為：（ 4）根據(jù)力敏電阻靈敏度系數(shù)的溫度系數(shù)和 Vbe的溫度系數(shù)，可通過選擇電阻 R R6的適當(dāng)比值，使輸出電壓的溫度系數(shù)為零，由可以得到51（ 5）根據(jù)式（ 5）可以得到不同的 值和不同電源電壓條件下，電阻比的選擇。設(shè) UC＝ 10V， UBE＝ ， ? 則可以得到 此時，晶體管的發(fā)射極－集電極壓降約為 V，電橋上有效工作電壓 UB約為 V。這樣的內(nèi)部溫度補(bǔ)償電路雖然簡單， 但是可以達(dá)到良好的補(bǔ)償效果，因而得到廣泛的應(yīng)用。 52第六節(jié) 壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)、性能與應(yīng)用 由于壓阻式傳感器的靈敏度高、精度高、頻率響應(yīng)高、體積小、無活動部件等優(yōu)點(diǎn)，使得它在航天、航空、航海、石油、化工、生物醫(yī)藥工程、地質(zhì)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。壓阻式傳感器可用作壓力、拉力、壓力差、液位、重量、應(yīng)變、流量、加速度等物理量的測量。壓阻式壓力傳感器的應(yīng)用十分廣泛，而它的結(jié)構(gòu)、工藝又是由被測對象、使用目的、測試環(huán)境等因素決定的，因此下面將結(jié)合不同的應(yīng)用介紹幾種典型的壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)?！ 〉湫偷膲鹤枋綁毫鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)原理圖，如下左圖所示。硅膜片兩邊有兩個壓力腔，一個是和被測壓力相連接的高壓腔，另一個是低壓腔，通常以小管和大氣相連。核心部分硅膜片的設(shè)計(jì)與制作決定了傳感器的性能。膜片一般設(shè)計(jì)成周邊固支的圓型?！ ? 壓阻式壓力傳感器小尺寸、穩(wěn)定可靠性能，使得壓阻式壓力傳感器成為生物醫(yī)學(xué)上理想的測試手段。它可以插入生物體內(nèi)作長期的觀測。如注射針型壓阻式壓力傳感器，硅膜片的厚度可達(dá) 10微米，外徑可達(dá) ，此種傳感器的結(jié)構(gòu)如下右圖所示。53 當(dāng)環(huán)境高溫高達(dá) 500℃ 甚至更高時，就不能采用以 Si材料為襯底的結(jié)構(gòu)形式。 6HSiC具有更寬的帶隙和更高的穩(wěn)定性， 在高溫下，6HSiC壓力傳感器具有良好的熱特性和機(jī)械性能以及足夠大的壓阻系數(shù)。它可以在 6HSiC襯底上用同質(zhì)外延的方法獲得高質(zhì)量的外延薄膜，從而得到適于更高環(huán)境溫度的壓力傳感器。 6HSiC高溫壓力傳感器的典型結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。 546HSiC高溫壓力傳感器典型結(jié)構(gòu) 6HSiC壓力傳感器使用 N型 6HSiC單晶片作為襯底，在其上外延生長 P型和 N型 6HSiC， P型是作為刻蝕停止層，用等離子刻蝕方法得到 N型壓敏電阻條。然后在表面上淀積 SiO2，最后刻出接觸孔，淀積金屬，進(jìn)行金屬化形成歐姆接觸。典型的性能指標(biāo)為：電源電壓： 5 V；在室溫及 100 psi（ 1 psi= 76 kPa）的壓力下，滿量程輸出： mV，靈敏度： mV/(Vpsi)； 400℃ 下輸出為 mV；非線性： 177。％ FS； 遲滯： ％ FS。 55總 結(jié)應(yīng)力、應(yīng)變、壓阻效應(yīng)壓阻系數(shù)硅杯壓阻式壓力傳感器的工作原理擴(kuò)散電阻條的尺寸、位置的確定圓形硅杯膜片的應(yīng)力分布56壓阻式傳感器的溫漂與補(bǔ)償復(fù)習(xí)題如何理解壓阻系數(shù)矩陣？畫出 (111)晶面和 110晶向，并計(jì)算 (111)晶面內(nèi) 110晶向的縱向壓阻系數(shù)和橫向壓阻系數(shù)。對于任意方向的電阻條，計(jì)算其壓阻系數(shù)時應(yīng)注意的問題是什么？分析影響壓阻系數(shù)大小的因素。方塊電阻的定義？它與什么因素有關(guān)？給出一種壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖，并說明其工作過程與特點(diǎn)。對于以圓平膜片作為敏感元件的硅壓阻式壓力傳感器，設(shè)計(jì)其幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)的基本出發(fā)點(diǎn)是什么？如何從電路上采取措施來改善壓阻式傳感器的溫漂問題？58參 考 教 材 《 傳感器原理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用 》 劉迎春著，國防科技大學(xué)出版社 《 半導(dǎo)體傳感器原理及其應(yīng)用 》 牛德芳主編，大連理工大學(xué)出版社 《 傳感技術(shù) 》 李科杰編著，北京理工大學(xué)出版社 《 傳感器 》 張錫富主編，機(jī)械工業(yè)出版社 《 新型傳感器技術(shù)及應(yīng)用 》 劉廣玉等著，北京航空航天大學(xué)出版社 《 傳感器原理及應(yīng)用 》 王雪文 張志勇著，北京航空航天大出版社 《 傳感器技術(shù)及應(yīng)用 》 樊尚春編著，北京航空航天大學(xué)出版社補(bǔ) 充晶向所謂晶向，即晶面的法線方向 [abc]或 abc 。 [100]、 [110]、[111]晶面：晶體中的原子在空間規(guī)則地、周期性地重復(fù)排列起來。它們組成一系列的平面，稱之為晶面。 (100)、 (110)、 (111)。晶面指數(shù)：為了辨別不同的晶面，其標(biāo)志用晶面指數(shù)（密勒指數(shù)）。在立方晶系中，選取晶胞的頂點(diǎn)為原點(diǎn)，以立方晶胞的邊為坐標(biāo)軸。設(shè)一個晶面在 x、 y、 z軸上的截距（從原點(diǎn)算起）分別為 1個單位，則可取這些截距的倒數(shù) 1/ 1/ 1/1，再用其最小公倍數(shù) 4分別與倒數(shù)相乘，則得 4，則用（ 124）來表示該晶面。若晶面與坐標(biāo)軸平行，則截距在無限處，其密勒指數(shù)為零。當(dāng)一個軸上的截距為負(fù)數(shù)時，則在相應(yīng)的指數(shù)上劃 “”作為標(biāo)記。晶向的表示方法(1)截距法 (2)法線表示法通過坐標(biāo)原點(diǎn) O作 rst平面的法線，將其延長至 P，其長度 取為一個單位。 與 x、 y、 z軸的夾角分別為 。通過 P在 xyz坐標(biāo)系中作長方形，與 x、 y、 z軸的交點(diǎn)分別為 L、 M、 N。稱 為法線的方向余弦，用以表示該法線的方向。方向余弦可以用l,m,n表示，其中60可以證明：圖 晶向表示法縱向、橫向壓阻系數(shù)的計(jì)算方法若已知 Si晶體中力敏電阻所處晶向?yàn)?[abc],其方向余弦如上式所示。如在 (001)晶面上，力敏電阻條是沿 [110]晶向布置，其縱向即為61[110]晶向，橫向?yàn)? 晶向。 [110]晶向方向余弦為： 晶向方向余弦為： 62縱向、橫向壓阻系數(shù)計(jì)算舉例如下：將方向余弦 數(shù)分別代入以下兩式： 則：對 Si材料 可忽略不計(jì)，故63應(yīng)力引起電阻值的相對變化量與壓阻系數(shù)、應(yīng)力的關(guān)系下面也以（ 001）晶面上沿 [110]晶向和沿 晶向。 布置的力敏電阻為例。設(shè)力敏電阻 R R4沿 [110]晶向布置其橫向?yàn)? 晶向。 由上面的計(jì)算公式可求出：則：64同理力敏電阻 R R3縱向?yàn)? 晶向，橫向?yàn)?[110]晶向。由于 RR3和 R R4是垂直布置，所以 R R4的縱向應(yīng)力與 R R3的橫向應(yīng)力方向相同， R R4的橫向應(yīng)力與 R R3的縱向應(yīng)力方向相一致，故縱向壓阻系數(shù)橫向壓阻系數(shù)65則666768697071
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