压阻式固态压力传感器.ppt

吊钩秤 便携式 如何将重量信号传送到总控室中的计算机上？ 电子秤中的各类弹性元件 应变式力矩（转矩）传感器 扭转轴是专门用于测量力矩和力矩的弹性敏感元件。力矩T 等于作用力F 和力臂L的乘积，即：T =FL。下图中的力臂为轴的半径，L=D/2。力矩的单位为N·m，在小力矩测量时,也用mN·m为单位。 使机械部件转动的力矩称为“转矩”。任何部件在力矩的作用下，必定产生某种程度的扭转变形。因此，过去也常把力矩叫做“扭矩”。 应变式力矩（转矩）传感器 1－电动机 2－联轴器 3－扭转轴 4－信号引出滑环 5－电刷 6－减速器 7－转鼓（卷扬机） 8－重物 Ti－输入力矩 ToG－输出力矩 i－减速比 应变式力矩（转矩）传感器 在扭矩T的作用下，扭转轴的表面将产生拉伸或压缩应变。在轴表面上与轴线成45?方向（如下图中的ab方向）的应变与图中的cb方向上的应变数值相等，但符号相反，R1、R2与粘贴在力矩扭转轴的背面的R3、R4可以组成全桥。桥路的4个结点a、b、c、d分别通过4个信号滑环和电刷引出，为了克服集电环接触电阻造成的误差，也可以利用无线电模块，将旋转轴的应变测量值传送到扭转轴外面的接收器电路。应变片测量得到的轴表面与轴线成45?的方向上的应变关系： 应变式数显扭矩扳手 数显扳手可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺栓的装配扭矩。量程2~500N·m，耗电量≤10mA，有公制/英制单位转换、峰值保持、自动断电等功能。 应变式数显扭矩扳手（续） 五、压阻式固态压力传感器 是利用半导体材料的压阻效应和集成电路工艺制成的集成传感器。没有可动部分，有时也称为固态传感器。它在工业中多用于与应变有关的力、重力、压力、差压、真空度等物理量的测量。 压阻固态压力传感器工艺 利用扩散工艺制作的四个半导体应变电阻处于同一硅片上，组成4臂全桥，称为硅微机械加工技术 。工艺一致性好,灵敏度相等,漂移抵消,迟滞、蠕变非常小,动态响应快。 硅片的表面用SiO2薄膜加以保护，并用超声波焊上金质细丝，作全桥的引线。硅膜片底部被加工成中间薄（用于产生应变）、周边厚（起支撑作用，所以也称为硅杯。硅杯在高温下用玻璃粘接剂粘接在热胀冷缩系数相近的玻璃基板上。将硅杯和玻璃基板紧密地安装到壳体中，就制成了压力传感器。 压阻式固态平膜片的应变 图示的硅膜片的厚度较薄，相当于一块等截面弹性平膜片。在硅膜片上，利用集成电路工艺制作4个阻值相等的电阻。 等截面平膜片沿直径方向上各点的径向应变是不同的。虚线圆内是硅杯承受压力的区域。在p1和p2的差压Δp的作用下，向下弯曲。由于R2、R4距圆心很近，它们感受的应变是正的（拉应变），而R1、R3处于膜片的边缘区，它们的应变是负的（压应变）。在距圆心0.58r处，应变为零。4个电阻之间利用面积相对较大、阻值较小的扩散电阻（图中的阴影区）引线连接,构成四臂全桥。 压阻式固态压力传感器的隔离、承压膜片 隔离、承压膜片可以将腐蚀性的气体、液体与硅膜片 隔离开来。 压阻式固态 压力传感器 内部结构 信号调理电路 p 小型压阻式固态压力传感器 高压进气口 低压进气口 小型压阻式固态差压传感器（续） 可用于呼吸、透析和注射泵等设备 p1进气管 p2进气管 电缆引出 小型压阻式固态压力传感器（续） 小型表压压力传感器 p1进气管 P2向大气敞开 汽车子午线轮胎胎压的测量 子午线轮胎 汽车胎压传感器 的安装 投入式液位计 压阻式固态压力传感器的 p1进气孔用柔性不锈钢隔离膜片隔离，并用硅油传导压力。硅杯不与液体相通，耐腐蚀。 投入式液位计外形（续） 压阻式固态压力传感器 与水位成正比的光柱 橡胶 背压管 进水孔 投入式液位传感器 投入式液位传感器必须使用安装支架。 适应于深度为 几米 至 几十米，且混有 大 量 污物、杂质的水或其他液体的液位测量。 投入式液位计液位的计算 所以： h=h0+h1 =h0+p1 /(?g) 例：液位计安装高度为1m，测得压力为98kPa，求： 水的深度h。 安装高度h0处的水的表压 p1=?gh1 非平衡电桥属于微差法测量 用计算机直接测应变片电阻的变化量是很困难。这是因为测量一个在几百欧的基值上附加一个零点几欧的变化的分辨力很低。 用电桥可以把被测量的本底去掉，转换成一个在零值附近变化的毫伏级的输出电压，这样就可以通过“电桥放大电路”来放大这个微小的变化电压，使之达到几伏数量级的有效输出信号,接到A/D转换器。 在非平衡电阻电桥中，可以用电阻传感器来代替某一桥臂电阻，或某几个桥臂的电阻