【项目描述】本项目要求安装、测试一台压阻式压力传感器。压阻式压力传感是利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化，通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出。压阻式传感器用于压力、拉力、压力差以及可以转变为力的变化的其他物理量（如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度）的测量和控制.压阻式压力传感器的安装与测试【相关知识与技能】一、压阻式传感器基本概念和分类1.压阻效应当固体材料在某一方向承受应力时，其电阻率（或电阻值）发生变化的现象，叫压阻效应。2.半导体压阻效应半导体（单晶硅）晶片受到外力作用，产生肉眼无法察觉的极微小应变，其原子结构内部的电子能级状态发生变化，从而导致其电阻率产生剧烈的变化，表现在由其材料制成的电阻器阻值发生极大变化。这种现象称为半导体压阻效应。硅的压阻效应不同于金属应变效应，前者电阻随压力的变化主要取决于电阻率的变化，后者电阻的变化则主要取决于几何尺寸的变化（应变），而且前者的灵敏度比后者大50～100倍。因此，对于金属材料来说，比较小，但对于半导体材料，，即因机械变形引起的电阻变化可以忽略，电阻的变化率主要是由电阻率ρ引起的。在弹性变形限度内，硅的压阻效应是可逆的，即在应力作用下硅的电阻发生变化，而当应力除去时，硅的电阻又恢复到原来的数值。虽然半导体压敏电阻的灵敏系数比金属高很多，但有时还觉得不够高，因此，为了进一步增大灵敏度，压敏电阻常常扩散（安装）在薄的硅膜上，压力的作用先引起硅膜的形变，形变使压敏电阻承受应力，该应力比压力直接作用在压敏电阻上产生的应力要大得多，好像硅膜起了放大作用一样。3.压敏电阻的分类利用压阻效应制成的电阻称为固态压敏电阻，也叫力敏电阻。用压敏电阻制成的器件有两类：一种是利用半导体材料制成粘贴式的应变片；另一种是在半导体的基片上用集成电路的工艺制成扩散性压敏电阻，用它做作传感器元件制成的传感器，称为固态压阻传感器，也叫扩散型压阻式传感器。二、压阻式传感器基本结构和工作原理1.体型半导体电阻应变片（1）结构形式及特点体型半导体应变片是从单晶硅或锗切下薄片制成，其基本结构形式如图3-1所示。主要优点是灵敏系数大，横向效应和机械之后极小；温度稳定性和线性度比金属电阻应变片差的多。图3-1体型半导体应变片的结构1-P型单晶硅条2-内引线3-焊接电极4-外引线（2）.测量电路半导体应变电桥的非线性误差很大，故半导体应变电桥除了提高桥臂比、采用差动电桥等措施外，一般还采用恒流源,如图3-2所示。电桥的输出电压与电阻变化成正比,与恒流源电流成正比,但与温度无关,因此测量不受温度的影响。
若用恒压源给电桥供电时，设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2.扩散型压阻式压力传感器（1）.扩散型压阻式压力传感器结构压阻式压力传感器主要由外壳、硅杯膜片和引线组成，其结构如图3-3所示。压阻式压力传感器的核心部分是一块圆形或方形的硅膜片，通常叫硅杯。在硅膜片上，利用集成电路工艺制作了四个阻值相等的电阻。硅膜片的表面用SiO2薄膜加以保护，并用铝质导线做全桥的引线，硅杯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）的形状，如图3-3（b）、（c）所示。（a）外形（b）结构示意图（c）硅杯（d）膜片电阻分布（e）等效电路图3-3压阻式压力传感器1—低压腔2—高压腔3—硅杯4—引线5—硅膜片**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处理电路**小型压阻式固态压力传感器高压进气口低压进气口绝对压力传感器**小型压阻式固态压力传感器（续）呼吸、透析和注射泵设备中用的压力传感器p1进气管p2进气管固态压力传感器**小型压阻式固态压力传感器（续）表压压力传感器p1进气管（2）.测量原理在一块圆形的单晶硅膜片上,布置四个扩散电阻,组成一个全桥测量电路。如图3-3（d）、（e）所示。膜片用一个圆形硅杯固定,将两个气腔隔开。一端接被测压力,为高压腔，另一端接参考压力，如图3-3（b）所示。当存在压差时,膜片产生变形,使两对电阻的阻值发生变化,电桥失去平衡,其输出电压反映膜片承受的压差的大小。