【正文】 方向上的縱向壓阻系數(shù)與橫向壓阻系數(shù)：36　　當切向力敏電阻 沿晶向 布置時，其縱向壓阻系數(shù)為其橫向壓阻系數(shù)為用上面同樣的方法可得到 方向縱向和橫向壓阻系數(shù)的近似值分別為　　硅膜片受力后，力敏電阻 阻值相對變化量（即切向電阻變化率 ?。?7　　由徑向電阻和切向電阻的相對變化率表達式可以看出，此種設計方案關鍵在 如何增加縱向和橫向應力的應力差 ，而應力差隨 r的增大而增大。作出它們與 r的關系曲線，如下圖所示?？v向壓阻系數(shù)為圖 12 與 r的關系曲線 圖 13 電阻均沿 晶向的硅膜片39　　（ 011）晶面上 晶向的橫向為 〈 100〉 晶向，故橫向壓阻系數(shù)為　將代入上式得所以受力后，每個電阻的阻值變化率為上式說明。當我們把力敏電阻 布置在 力區(qū)時，受力后力敏電阻阻值變化率為正。進而我們得到內(nèi)外電阻的阻值變化率為40式中， 分別是內(nèi)、外電阻上所受的徑向應力的平均值。41第五節(jié) 硅壓阻式壓力傳感器的測量與補償線路　　 壓阻式傳感器的測量線路　　壓阻式傳感器芯片上的四個擴散電阻，一般是接成惠斯頓電橋的形式，使輸出信號與被測量成正比。電橋常采用兩種供電方式：恒壓供電和恒流供電。由于溫度的影響，每個電42阻的改變量分別為　　，由上圖可知，電橋的輸出電壓應為整理后得　　由上式可知，電橋輸出電壓與 　　　成正比，即與被測量成正比，同時又與電源電壓　成正比，這就是說電橋的輸出與電源電壓的大小與精度有關。但多個傳感器使用時，供電簡便。設電橋兩支路電阻相等，即因之通過兩個支路的電流相等，即43因此電橋的輸出電壓為　　電橋的輸出與電阻的變化量成正比，即與被測量成正比。恒流源供電時，電橋的輸出與溫度無關，這是它的主要優(yōu)點?！　∪?、壓阻式傳感器的測量線路　　壓阻式傳感器常用的放大電路如右圖所示。結型44場效應管 V V4與電阻 R R5構成源極跟隨器，將傳感器與運算放大器 A隔開，使放大器的閉環(huán)放大倍數(shù)不受傳感器輸出阻抗的影響。它來源于半導體物理性質(zhì)對溫度的敏感性。擴散電阻的溫度系數(shù)因薄層電阻不同而異。由于工藝上難于做到，使四個橋臂電阻的溫度系數(shù)完全相同，因此不可避免的要產(chǎn)生零位漂移?！　鹤枋絺鞲衅鞯?靈敏度漂移是由于壓阻系數(shù)隨溫度變化引起的 。所以傳感器的靈敏度當溫度升高45壓阻系數(shù)與溫度的關系曲線46時要降低?？紤]漂移和傳感器靈敏度的兩方面的要求，擴散雜質(zhì)表面濃度應選在　　壓阻式傳感器的優(yōu)點眾多，但是溫度誤差是這類傳感器要著重解決的問題?！∫?、零位漂移補償　　 傳感器的零位漂移一般是用串、并聯(lián)電阻的方法進行補償。串聯(lián)電阻主要起調(diào)零作 零位溫漂的補償47用；并聯(lián)電阻主要起補償作用。如溫度升高時， R3的增加比較大，則 D點電位低于 B點電位， B、 D兩點的電位差就是零為溫度漂移。這樣當溫度變化時， B、 D兩點間的電位差不致過大，從而達到補償?shù)哪康?。　　二、靈敏度漂移與補償　　 傳感器的靈敏度漂移，一般是采用改變電源電壓大小的方法進行補償。這時如果使電橋電源電壓提高一些，電橋的輸出變大些，即可達到補償?shù)哪康?。下圖（ a）中是用正溫度系數(shù)的熱敏電阻改變運算放大器的輸出電壓，從而改變電橋電源電壓的大小，達到補償?shù)淖饔?。ab:帶溫度補償?shù)募蓧毫鞲衅?9上圖 b中，電阻 R R6和晶體管 BG構成的溫度補償網(wǎng)絡與由力敏電阻 R1R4構成的電橋單塊集成在一起。 Vce的下降使電橋的實際供電電壓 VB增大 ， 以補償壓阻靈敏度隨溫度升高的下降值。設 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。 52第六節(jié) 壓阻式壓力傳感器的結構、性能與應用　　 由于壓阻式傳感器的靈敏度高、精度高、頻率響應高、體積小、無活動部件等優(yōu)點，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用。壓阻式壓力傳感器的應用十分廣泛，而它的結構、工藝又是由被測對象、使用目的、測試環(huán)境等因素決定的，因此下面將結合不同的應用介紹幾種典型的壓阻式壓力傳感器的結構。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。膜片一般設計成周邊固支的圓型。它可以插入生物體內(nèi)作長期的觀測。53 當環(huán)境高溫高達 500℃ 甚至更高時，就不能采用以 Si材料為襯底的結構形式。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。 546HSiC高溫壓力傳感器典型結構 　 　 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。典型的性能指標為：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/(V％ FS； 遲滯： ％ FS。對于任意方向的電阻條，計算其壓阻系數(shù)時應注意的問題是什么？分析影響壓阻系數(shù)大小的因素。對于以圓平膜片作為敏感元件的硅壓阻式壓力傳感器，設計其幾何結構參數(shù)的基本出發(fā)點是什么？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、設計與應用 》 劉迎春著，國防科技大學出版社 《 半導體傳感器原理及其應用 》 牛德芳主編，大連理工大學出版社 《 傳感技術 》 李科杰編著，北京理工大學出版社 《 傳感器 》 張錫富主編，機械工業(yè)出版社 《 新型傳感器技術及應用 》 劉廣玉等著，北京航空航天大學出版社 《 傳感器原理及應用 》 王雪文 張志勇著，北京航空航天大出版社 《 傳感器技術及應用 》 樊尚春編著，北京航空航天大學出版社補 充晶向所謂晶向，即晶面的法線方向 [abc]或 abc 。它們組成一系列的平面，稱之為晶面。晶面指數(shù)：為了辨別不同的晶面，其標志用晶面指數(shù)（密勒指數(shù)）。設一個晶面在 x、 y、 z軸上的截距（從原點算起）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。當一個軸上的截距為負數(shù)時，則在相應的指數(shù)上劃 “”作為標記。 與 x、 y、 z軸的夾角分別為 。稱 為法線的方向余弦，用以表示該法線的方向。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，橫向為 晶向。 布置的力敏電阻為例。 由上面的計算公式可求出：則：64同理力敏電阻 R R3縱向為 晶向，橫向為 [11