浙江大学：《自动检测技术》课程授课教案（PPT课件）第2章 电阻式传感器 2.2 压阻式传感器

浙大字波理工学院 一传感器与检则技术 2.2压阻式传感器 ■金属电阻应变片性能稳定、精度较高。这类应变 片的主要缺点是应变灵敏系数较小。 ■20世纪50年代中期出现的半导体应变片可以改善 这一不足，其灵敏系数比金属电阻应变片约高50 倍，主要有体型半导体应变片和扩散型半导体应 变片。 ■用半导体应变片制作的传感器称为压阻式传感器 ,其工作原理是基于半导体材料的压阻效应

—传感器与检测技术— 2.2压阻式传感器 ◼ 金属电阻应变片性能稳定、精度较高。这类应变 片的主要缺点是应变灵敏系数较小。 ◼ 20世纪50年代中期出现的半导体应变片可以改善 这一不足，其灵敏系数比金属电阻应变片约高50 倍，主要有体型半导体应变片和扩散型半导体应 变片。 ◼ 用半导体应变片制作的传感器称为压阻式传感器 ，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应

洲泸大望宁波理工学院 一传感器与检则技术 2.2.1半导体压阻效应和压阻式传感器工作原理 1·尘导体压阻效应和压阻式传感器工作原 理 牛导体的压阻效应是指单晶尘导体材 料在沿某一轴向受外力作用时，其电阻率 发生很大变化的现象。不同类型的牛导体 ,施加载荷的方向不同，压阻效应也不一 样。目前使用最多的是单晶硅牛导体

—传感器与检测技术— 2.2.1 半导体压阻效应和压阻式传感器工作原理 1．半导体压阻效应和压阻式传感器工作原 理 半导体的压阻效应是指单晶半导体材 料在沿某一轴向受外力作用时，其电阻率 发生很大变化的现象。不同类型的半导体 ，施加载荷的方向不同，压阻效应也不一 样。目前使用最多的是单晶硅半导体

浙江大字波理工学院 一传感器与检则技术 对于长l,截面积S,电阻率p的条形半导体 应变片，在轴向力F作用下利用式（2.1.5) 的结果，对于金属材料，△plp项值很小， 可以忽略不计；对半导体材料，△pp项值 很大，因此可得： 设-0+2+名-xs=0 2.2.1)

—传感器与检测技术— 对于长l，截面积S，电阻率ρ的条形半导体 应变片，在轴向力F作用下利用式（2.1.5） 的结果，对于金属材料，Δρ/ρ项值很小， 可以忽略不计；对半导体材料，Δρ/ρ项值 很大，因此可得： ( )           L E L R R = =    = + +  1 2 (2.2.1)

洲泸大粤宁波理工学院 一传感器与检则技术 半导体单晶的应变灵敏系数可表示为 Kn=AR/R 1+24+△p1P≈π，E 8 (2.2.2) 式中，一半导体应变片材料的弹性模量； ,一牛导体晶体材料的纵向压阻系数，与晶向 有关。半导体的应变灵敏系数还与掺杂浓度有关 ,它随杂质的增加而减小

—传感器与检测技术— 半导体单晶的应变灵敏系数可表示为 (2.2.2) 式中，E — 半导体应变片材料的弹性模量； πL — 半导体晶体材料的纵向压阻系数，与晶向 有关。半导体的应变灵敏系数还与掺杂浓度有关 ，它随杂质的增加而减小。 ( ) E R R KB  L        = + +  = / 1 2 /

洲汁大望宁波理工学院 一传感器与检则技术 2.体形尘导体应变片的结构形式 体型半导体电阻应变片是从单晶硅或锗上切 下薄片制成的应变片，结构型式见图2.2.1。 基片 带状引线 P-Si N-Si 金线 Si片 图2.2.1体型半导体应变片的结构形状

—传感器与检测技术— 2． 体形半导体应变片的结构形式 体型半导体电阻应变片是从单晶硅或锗上切 下薄片制成的应变片，结构型式见图2.2.1。 图2.2.1 体型半导体应变片的结构形状