压阻式压力传感器 更新时间：2016-12-09 17:16

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压阻式传感器是压力式传感器的一种。压阻式压力传感器又称扩散硅压力传感器。

原理

其核心部分是一块沿某晶向(如〈1 0〉)切割的N型的圆形硅膜片(见图2-35(b))。在膜片上利用集成电路工艺方法扩散上四个阻值相等的P型电阻。用导线将其构成平衡电桥。膜片的四周用圆硅环(硅杯)固定，其下部是与被测系统相连的高压腔，上部一般可与大气相通。在被测压力P作用下，膜片产生应力和应变。膜片上各点的应力分布由式(2-20)和式(2-21)给出。当时，径向应力为零值。四个电阻沿〈1 1 0〉晶向并分别在x=0.635r处的内外排列，在0.635r之内侧的电阻承受的为正值，即拉应力(见图2-25(b))，外侧的电阻承受的是负值，即压应力。由于〈1 1 0〉晶向的横向为〈0 0 1〉，因此，，代入式(2-29)内外电阻的相对变化为式中 、——内、外电阻上所承受径向应力的平均值。设计时，要正确地选择电阻的径向位置，使,因而使。使四个电阻接入差动电桥，初始状态平衡，受力P后，差动电桥输出与P相对应。为了保证较好的测量线性度，要控制膜片边缘处径向应变。而膜片厚度为h≥式中 ——;膜片边缘允许的最大径向应变。　压阻式压力传感器由于弹性元件与变换元件一体化，尺寸小，其固有频率很高，可以测频率范围很宽的脉动压力。固有频率可按下式计算式中 ——硅片的密度(kg/m2)　压阻式压力传感器广泛用于流体压力、差压、液位等的测量。特别是它的体积小，最小的传感器可为0.8mm，在生物医学上可以测量血管内压、颅内压等参数。

应用

压阻式传感器广泛地应用航天、航空、航海、石油化工、动力机械、生物医学工程、气象、地质、地震测量等各个领域。在航天和航空工业中压力是一个关键参数,对静态和动态压力,局部压力和整个压力场的测量都要求很高的精度。压阻式传感器是用于这方面的较理想的传感器。例如,用于测量直升飞机机翼的气流压力分布，测试发动机进气口的动态畸变、叶栅的脉动压力和机翼的抖动等。在飞机喷气发动机中心压力的测量中，使用专门设计的硅压力传感器,其工作温度达500℃以上。在波音客机的大气数据测量系统中采用了精度高达0.05%的配套硅压力传感器。在尺寸缩小的风洞模型试验中，压阻式传感器能密集安装在风洞进口处和发动机进气管道模型中。单个传感器直径仅2.36毫米，固有频率高达300千赫,非线性和滞后均为全量程的±0.22%。在生物医学方面,压阻式传感器也是理想的检测工具。已制成扩散硅膜薄到10微米,外径仅0.5毫米的注射针型压阻式压力传感器和能测量心血管、颅内、尿道、子宫和眼球内压力的传感器。图3是一种用于测量脑压的传感器的结构图。压阻式传感器还有效地应用于爆炸压力和冲击波的测量、真空测量、监测和控制汽车发动机的性能以及诸如测量枪炮膛内压力、发射冲击波等兵器方面的测量。此外，在油井压力测量、随钻测向和测位地下密封电缆故障点的检测以及流量和液位测量等方面都广泛应用压阻式传感器。随着微电子技术和计算机的进一步发展，压阻式传感器的应用还将迅速发展。