第3章电阻应变传感器.ppt

粘贴型压阻传感器：半导体应变片 固态压阻传感器（扩散型压阻传感器）：应变电阻与硅基片一体化 2、压阻系数与温度的关系 2、压阻系数与温度的关系 载流子浓度的影响 Ns大： π受温度影响小 π44↓→灵敏度低 高浓度扩散，使p-n结击穿电压↓→绝缘电阻↓→漏电→漂移→性能不稳定 电桥输出为： 2、恒流源供电 补偿方法：改变电流电压的方法 补偿方法：改变电流电压的方法 第3章电阻式传感器 （3）固态压阻器件 利用固体扩散技术，将P型杂质扩散到一片N型硅底层上，形成一层极薄的导电P型层，装上引线接点后，即形成扩散型半导体应变片。若在圆形硅膜片上扩散出四个P型电阻，构成惠斯登电桥的四个臂，这样的敏感器件通常称为固态压阻器件，如图所示。  １ ２ ３ ４ ５ ７ ６ 1 N-Si膜片 2 P-Si导电层 粘贴剂 硅底座 引压管 Si 保护膜 7 引线? 第3章电阻式传感器 当硅单晶在任意晶向受到纵向和横向应力作用时，如图 (a)所示，其阻值的相对变化为 式中 σl——纵向应力； σt——横向应力； πl——纵向压阻系数；πt——横向压阻系数。 力敏电阻受力情况示意图 （a） [001] [100] [010] πlσl πtσt R （b） πtσr πlσr πtσt πlσt Rr Rt 第3章电阻式传感器 第3章电阻式传感器 三、压阻式传感器的输出 1、恒压源供电 扩散电阻起始阻值都为R，当有应力作用时，两个电阻阻值增加，两个减小；温度变化引起的阻值变化为△Rt： R1+ △R1 R2 - △R2 USC R3- △R3 R4+ △R4 第3章电阻式传感器 △Rt≠0时，Usc=f(△ t)是非线性关系，恒压源供电不能消除温度影响。 第3章电阻式传感器 R1+ △R1 R2 - △R2 USC R3- △R3 R4+ △R4 A B C D 第2章电阻式传感器 输出与I有关 输出与温度无关，不受温度影响 精度要求不高时用恒压源供电 注意： （1）ΔR的变化仍然受到温度变化的影响 （2）四个桥臂的电阻和电阻温度系数要相等。 第3章电阻式传感器 温度漂移的补偿 一、零位温度漂移 原因：四个扩散电阻的阻值及其温度系数不一致造成的。 解决办法：一般用串、并联电阻法补偿，串联电阻主要起调零作用；并联电阻主要起补偿作用。 R1 R2 USC R3 R4 Rs Rp 由于零点漂移，导致B、D两点电位不等，譬如，当温度升高时，R2的增加比较大，使D点电位低于B点，B、D两点的电位差即为零位漂移。要消除B、D两点的电位差，最简单的办法是在R2上并联一个温度系数为负、阻值较大的电阻RP，用来约束R2的变化。这样，当温度变化时，可减小B、D点之间的电位差，以达到补偿的目的。 * */42 * 传感器与检测技术 朱启兵 zhuqib@163.com 传感器与检测技术 第3章电阻式传感器 一、概述 二、电阻应变计的基本原理与结构 三、电阻应变计的主要特性 四、电阻应变计测量电路 五、电阻应变计的温度效应及热补偿 六、电阻应变计式传感器 七、压阻式传感器 第3章电阻式传感器 一、概述 电阻式传感器就是利用一定的方式将被测量的变化转化为敏感元件电阻值的变化，进而通过电路变成电压或电流信号输出的一类传感器。 按转化机理的不同 位移 电位器式 应变 电阻应变计式 压力 压阻式 光 光电阻式 热 热电阻式 第3章电阻式传感器 二、电阻应变计的基本原理与结构 (1)基本原理 应变效应 当金属在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。 体积不变原理 第3章电阻式传感器 二、电阻应变计的基本原理与结构 物理意义：单位应变引起的电阻相对变化。 K0称为金属丝的应变灵敏系数。 前一部分是（1+2μ），由材料的几何尺寸变化引起，一般金属μ≈0.3，因此（1+2μ）≈1.6； 后一部分为 ，电阻率随应变而引起的（称“压阻效应”）。 对金属材料，以前者为主，则K0≈ 1+2μ； 对半导体， K0值主要由电阻率相对变化所决定。 实验表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成正比。通常KS在1.8～3.6范