壓敏電阻

類型

傳感器

基于單晶硅壓阻效應和集成電路技術的傳感器。單晶硅材料受力后，電阻率發生變化，通過測量電路可以得到與力的變化成正比的電信號輸出。壓阻式傳感器用于測量和控制壓力、張力、壓差等可以轉化為力的變化的物理量(如液位、加速度、重量、應變、流量、真空度等)(見加速度計)。

壓阻效應

當一個力作用在硅晶體上時，晶格發生形變，導致載流子從一個能谷散射到另一個能谷，導致載流子的遷移率發生變化，擾亂了垂直和水平方向上載流子的平均量，從而改變了硅的電阻率。這種變化隨晶向而變化，所以硅的壓阻效應與晶向有關。硅的壓阻效應不同于金屬應變計的壓阻效應(見電阻應變計)。電阻隨壓力的變化主要取決于電阻率的變化，而電阻的變化主要取決于幾何尺寸(應變)的變化，前者的靈敏度比后者大50 ~ 100倍。

壓阻式壓力傳感器的結構

該傳感器采用集成工藝將電阻條集成在單晶硅膜片上，制成硅壓阻芯片，芯片外圍固定封裝在外殼內，電極引線引出。壓阻式壓力傳感器又稱固態壓力傳感器，不同于粘貼式應變片需要通過彈性敏感元件間接感受外力，而是通過硅膜片直接感受被測壓力。硅膜片的一側為與被測壓力連通的高壓腔，另一側為與大氣連通的低壓腔。硅膜片一般設計成圓周固定的圓形，徑厚比約為20 ~ 60。四個P型雜質電阻條擴散在圓形硅膜片(N型)中并連接形成全橋， 其中兩個在壓應力區，另外兩個在拉應力區，它們相對于隔膜的中心對稱。硅柱狀傳感器也在硅圓柱體的晶面的某個方向上擴散，制成電阻條。

兩個受拉應力的電阻條和兩個受壓應力的電阻條構成了全橋。

發展狀況

1954年，C.S. Smith詳細研究了硅的壓阻效應，開始用硅制造壓力傳感器。早期的硅壓力傳感器是半導體應變儀。后來在

在N型硅片上局部擴散P型雜質，形成電阻條，并連接成橋制成芯片。這個芯片還是要貼在彈性元件上，才能對壓力的變化敏感。使用這種芯片作為敏感元件的傳感器稱為擴散壓力傳感器。這兩種傳感器都采用粘貼片的結構，存在滯后和蠕變大、固有頻率低、不適合動態測量、不易小型化和集成化、精度低等缺點。自20世紀70年代以來，一種帶有固定支撐電阻和硅膜片的集成硅杯式擴散壓力傳感器問世了。它不僅克服了芯片結構的固有缺陷，而且將電阻條、補償電路和信號調節電路集成在一個硅片上，甚至將微處理器和傳感器集成在一起，制成智能傳感器 (見單片機)。這種新型傳感器的優點是:①高頻響應(如某些產品的固有頻率在1.5 MHz以上)，適合動態測量；②尺寸小(如部分產品外徑可達0.25mm)，適合小型化；③準確度高，可達0.1 ~ 0.01%；(4)靈敏度高，比金屬應變片高很多倍，某些應用中不需要放大器；⑤無運動部件，可靠性高，能在振動、沖擊、腐蝕、強干擾等惡劣環境下工作。其缺點是受溫度影響大(有時需要溫度補償)，工藝復雜，成本高。

app應用

壓阻式傳感器廣泛應用于航天、航空、航海、石油化工、動力機械、生物醫學工程、氣象、地質、地震測量等領域。壓力是航空航天工業中的一個關鍵參數，對靜、動壓、局部壓力和整個壓力場的測量都要求很高的精度。壓阻傳感器是實現這一目的的理想傳感器。比如用于測量直升機機翼氣流壓力分布，測試發動機進氣道動態畸變、葉柵脈動壓力、機翼抖動等。在噴氣發動機中心壓力的測量中，采用了一種特殊設計的硅壓力傳感器，其工作溫度在500℃以上。波音客機大氣數據測量系統采用了精度為0.05%的硅壓力傳感器。在縮小比例的風洞模型試驗中， 壓阻式傳感器可以密集安裝在風洞入口處和發動機進氣管模型內。單個傳感器直徑僅為2.36 mm，固有頻率高達300 kHz，非線性和遲滯均為滿量程的0.22%。在生物醫學中，壓阻傳感器也是一種理想的檢測工具。已經制造了具有薄至10微米的擴散硅膜和僅0.5 mm外徑的注射針壓阻壓力傳感器以及能夠測量心血管、顱內、尿道、子宮和眼內壓力的傳感器。圖3是用于測量腦壓的傳感器的結構圖。壓阻式傳感器還有效地應用于爆炸壓力和沖擊波的測量、真空測量、監測和控制汽車發動機的性能以及測量武器如火炮膛壓和沖擊波發射。此外， 壓阻式傳感器廣泛應用于油井壓力測量、隨鉆測向和井下密封電纜故障點檢測，以及流量和液位測量。隨著微電子技術和計算機的進一步發展，壓阻式傳感器的應用將會迅速發展。