【正文】 特別是它的體積小 ， 最小的傳感器可為 ， 在生物醫(yī)學上可以測量血管內壓 、 顱內壓等參數 。 應用： 微型硅壓力傳感器因彈性元件與轉換元件一體化 ， 固有頻率高 ， 可測頻率范圍很寬的脈動壓力 。 ro?iRR???????oRR ?????? ?ri?山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 設計時 ， 要正確地選擇電阻的徑向位置 ， 使 ,因而使 。 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 ★ 膜片應力分布： 若圓形硅膜片周邊固定 ， 在均布壓力的作用下 ， 當膜片位移遠小于膜片厚度時 ， 其膜片的應力分布為 徑向應力分布狀況：當 x=， ? r=0； x，? r0，即為拉應力； x， ? r0，即為壓應力。膜片的四周用圓硅環(huán)（硅杯）固定，其下部是與被測系統(tǒng)相連的高壓腔，上部一般可與大氣相通。在膜片上利用集成電路工藝方法擴散上四個阻值相等的 P型電阻。此外，靈敏系數隨拉伸或壓縮而變，且分散性大。 半導體應變片的突出優(yōu)點：靈敏系數很大，可測微小應變，尺寸小，橫向效應和機械滯后也小。 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 三、壓阻式傳感器舉例 （一）半導體應變式傳感器 這種傳感器常用硅、鍺等材料做成單根狀的敏感柵，其使用方法與金屬應變片相同。電源采用恒壓源，當溫度升高時，二極管的正向壓降減小，于是電橋的橋壓增加，使其輸出增大。 因為二極管 PN結的溫度特性為負值，溫度每升高 1℃ 時，正向壓降約減小 (～ )mV。 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 R2 R4 R1 R3 U0 溫度誤差補償 Rp B C D A RS E Di 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 （ 2）靈敏度溫漂補償： 采用在電源回路中串聯二極管的方法。要消除 B、 D兩點的電位差，最簡單的辦法是在 R2上 并聯一個溫度系數為負、阻值較大的電阻 RP，用來約束 R2的變化。串聯電阻主要起調零作用；并聯電阻主要起補償作用。如圖所示。當四個擴散電阻阻值相等或相差不大，溫度系數也一樣，則電橋零漂和靈敏度漂移會很小，但工藝上很難實現。 ? 結論： 摻雜濃度高，溫度系數很小，但壓阻系數過低，故不采用高摻雜辦法降低溫度誤差。 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 二、溫度誤差及其補償 ? 半導體材料對溫度比較敏感 ，壓阻式傳感器的 電阻值 及 靈敏系數 隨溫度變化而變化，將引起零漂和靈敏度漂移。 結論： 由于 π lEe一般都比（ 1+2μ ）大幾十倍甚至上百倍，因此引 起半導體材料電阻相對變化的主要原因是壓阻效應，所以 llERRell?????? ?????山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 ?半導體材料： P型和 N型半導體； ?壓阻效應產生的機理： 半導體材料在外力作用下，原子點陣排列發(fā)生變化，導致載流子遷移率及濃度發(fā)生變化； ?影響壓阻系數的因素： 由于半導體（如單晶硅）是各向異性材料，因此它的壓阻系數不僅與摻雜濃度、溫度和材料類型有關，還與晶向有關。 因為半導體材料對溫度很敏感，因此壓阻式傳感器的溫度誤差較大，必須要有 溫度補償 。頻率響應高，體積小。 壓阻式傳感器的類型： – 利用半導體材料的體電阻做成的 粘貼式應變片傳感器 ； – 擴散型壓阻傳感器。 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 第二節(jié) 壓阻式傳感器 壓阻效應 ：固體受到作用力后，電阻率就要發(fā)生變化，這種效應稱為壓阻效應。 ? 主要應用： 這類傳感器可用來測量機床液壓系統(tǒng)的壓力（ 106～107Pa），也可用來測量槍炮的膛內壓力（ 108Pa。被測壓力 P作用于筒內壁時，筒體的空心部分的外表面產生環(huán)向應變 ； ? 應變片的粘貼： 圖 2－ 24(b)表示貼片方向， R2不產生應變，只作溫度補償用。 ? 這類傳感器一般可測量 105～ 106 Pa的壓力。 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 C1 C2 T2 T1 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 C1 T2 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 （二）應變式壓力傳感器 膜片式壓力傳感器 彈性元件為周邊固定的 圓薄膜片 ，在壓力 P作用下，膜片上各點的徑向應變 ε r和切向應變 ε t的表示式： 式中： r —— 膜片半徑 h —— 膜片厚度 E —— 膜片彈性模量 μ —— 膜片泊松比 x —— 任意點離圓心距離 ? ? ? ?? ?? ? ? ?? ?222222311833183xrhpxrhptr??????????????山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 P h r 0 圓形金屬膜片 切向應變 徑向應變 R1 R2 r R3 R4 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 討論： ? 適當粘貼應變片，如圖所示，使粘貼在 r 的徑向應變片 R1 、 R4 感受的應變與粘貼在 r 的切向應變片 R2 、 R3 感受的應變相等，它們的極性相反，這樣便于接成差動電橋?？梢韵?載荷偏心 和側向力 對輸出 的影響。 – 當外加力作用點發(fā)生偏移時， 一面的剪切力減小，一面增加 ，其絕對值之和仍然是不變的常數。 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 輪輻式剪切力傳感器 – 外加載荷作用在輪的頂部和輪圈底部 ,輪輻上受到純剪切力 。 ? 雙孔梁： 多用于小量程，如工業(yè)電子稱和商業(yè)電子稱。適合于測 5000N以下的載荷，也可以測量小的壓力。 – 薄壁的厚度為 h，外徑為 r，寬度為 b，對于 r/h＞ 5的曲率圓環(huán)，在載荷 F作用下， A、 B兩點的應變可用下式計算 : 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 梁式力傳感器 ? 等強度梁： 力 F作用于梁端三角形頂點上，梁內各斷面產生的應力相等，表面上的應變也相等，故對在 l方向上粘貼應變片位置要求不嚴。在測 103～ 105N時，為了提高變換靈敏度和抗橫向干擾，一般采用空心圓柱式結構。橫向貼片作溫度補償用。 – 高度要求：實心圓柱，一般取 H≥2 D＋ l；空心圓柱一般取 H≥ D－ d＋ l。 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 圖 2－ 18 差動電橋補償法 山東理工大學機械學院 第二章 電阻式傳感器 六、應變式傳感器舉例 （一）應變式力傳感器 柱式力傳感器 – 圓柱式力傳感器的彈性元件分實心和空心。當梁上下面溫度一致， RB與 R1可起溫度補償作用。 方式二 ： 圖 2－ 18，測量梁的彎曲應變時，將兩個應變片分貼于上下兩面對稱位置， R1與 RB特性相同，所以二電阻變化值相同而符號相反。