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硅压阻式压力传感 英语怎么说

ccyyddmm123 2011-02-24 11:18:09 538  浏览
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  • 新乐小男人year 2011-02-25 00:00:00
    piezoresistance type transducer 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、压力差和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(见加速度计)。 压阻效应 当力作用于硅晶体时,晶体的晶格产生变形,使载流子从一个能谷向另一个能谷散射,引起载流子的迁移率发生变化,扰动了载流子纵向和横向的平均量,从而使硅的电阻率发生变化。这种变化随晶体的取向不同而异,因此硅的压阻效应与晶体的取向有关。硅的压阻效应不同于金属应变计(见电阻应变计),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。 压阻式压力传感器的结构 这种传感器采用集成工艺将电阻条集成在单晶硅膜片上,制成硅压阻芯片,并将此芯片的周边固定封装于外壳之内,引出电极引线。压阻式压力传感器又称为固态压力传感器,它不同于粘贴式应变计需通过弹性敏感元件间接感受外力,而是直接通过硅膜片感受被测压力的。硅膜片的一面是与被测压力连通的高压腔,另一面是与大气连通的低压腔。硅膜片一般设计成周边固支的圆形,直径与厚度比约为20~60。在圆形硅膜片(N型)定域扩散4条P杂质电阻条,并接成全桥,其中两条位于压应力区,另两条处于拉应力区,相对于膜片ZX对称。硅柱形敏感元件也是在硅柱面某一晶面的一定方向上扩散制作电阻条 ,两条受拉应力的电阻条与另两条受压应力的电阻条构成全桥。 发展状况 1954年C.S.史密斯详细研究了硅的压阻效应,从此开始用硅制造压力传感器。早期的硅压力传感器是半导体应变计式的。后来在 N型硅片上定域扩散P型杂质形成电阻条,并接成电桥,制成芯片。此芯片仍需粘贴在弹性元件上才能敏感压力的变化。采用这种芯片作为敏感元件的传感器称为扩散型压力传感器。这两种传感器都同样采用粘片结构,因而存在滞后和蠕变大、固有频率低、不适于动态测量以及难于小型化和集成化、精度不高等缺点。70年代以来制成了周边固定支撑的电阻和硅膜片的一体化硅杯式扩散型压力传感器。它不仅克服了粘片结构的固有缺陷,而且能将电阻条、补偿电路和信号调整电路集成在一块硅片上,甚至将微型处理器与传感器集成在一起,制成智能传感器(见单片微型计算机)。这种新型传感器的优点是:①频率响应高(例如有的产品固有频率达1.5兆赫以上),适于动态测量;②体积小(例如有的产品外径可达0.25毫米),适于微型化;③精度高,可达0.1~0.01%;④灵敏高,比金属应变计高出很多倍,有些应用场合可不加放大器;⑤无活动部件,可靠性高,能工作于振动、冲击、腐蚀、强干扰等恶劣环境。其缺点是温度影响较大(有时需进行温度补偿)、工艺较复杂和造价高等。 应用 压阻式传感器广泛地应用于航天、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ZX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。

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压阻式加速度传感器特性是什么?

压阻式加速度传感器特性

压阻式加速度传感器是一种常用于测量物体加速度的高精度传感器。它通过感应物体在不同方向上的加速度变化,来提供电信号输出,从而实现对加速度的检测。本文将深入分析压阻式加速度传感器的工作原理、关键特性以及在实际应用中的优势和挑战,以便让读者全面了解其性能特点及其应用潜力。

工作原理

压阻式加速度传感器的工作原理基于压阻效应,即材料在受力或变形时,其电阻值发生变化。该传感器通常由硅材料或其他压阻材料制成,内含微小的应变片。当加速度作用在传感器上时,传感器内部的应变片会发生微小的形变,导致电阻的变化。这一变化通过电路处理后转换为与加速度成正比的电信号输出。由于其高灵敏度和稳定性,压阻式加速度传感器广泛应用于汽车、航天、工业自动化等领域。

关键特性

  1. 高灵敏度与精确度 压阻式加速度传感器具有出色的灵敏度,其能够感知微小的加速度变化,通常具有纳米级别的检测精度。这使得该类型传感器能够应用于要求高精度检测的场合,如惯性测量单元(IMU)以及航空航天领域。

  2. 广泛的量程范围 与其他类型的加速度传感器相比,压阻式加速度传感器可以在极宽的加速度量程内工作,既能够测量极小的加速度变化,也可以适应大幅度的冲击和振动。因此,它在需要宽量程适应的应用场合中表现出色。

  3. 高抗干扰性 压阻式加速度传感器由于其特殊的构造和材料选择,具有较强的抗电磁干扰和温度变化的能力。这意味着它能够在复杂的环境中长期稳定运行,尤其在工业自动化等对环境条件要求较高的应用中,展现出了良好的性能。

  4. 尺寸小巧,适合集成 这种传感器通常体积较小,能够轻松集成到各种设备中,特别适合在空间受限的场合使用。它的微型化设计使得在不牺牲性能的前提下,能够满足越来越小型化、集成化的市场需求。

  5. 稳定性和可靠性 压阻式加速度传感器具有较长的使用寿命和较高的可靠性,能够在恶劣的工作环境下长期稳定运行,减少了频繁更换传感器所带来的成本和维护麻烦。

应用领域

压阻式加速度传感器凭借其独特的优点,广泛应用于多个行业。在汽车行业中,它常用于汽车安全系统中,例如气囊触发系统、车身稳定控制系统等。在航天航空领域,它被广泛应用于飞行器的惯性导航系统中,确保飞行精度和稳定性。它还被应用于工业自动化领域,作为机械设备状态监测的一部分,提供实时的加速度数据,帮助预防设备故障。

挑战与发展趋势

尽管压阻式加速度传感器在各个领域的应用前景广阔,但仍面临一些挑战。例如,传感器的精度会受到温度变化和长期使用后的衰退影响,因此需要进一步优化材料和设计以提升其长期稳定性。随着对传感器性能要求的不断提高,如何在保证高精度和可靠性的降低成本、提高产能,成为当前技术发展的一大方向。

总结

压阻式加速度传感器凭借其的灵敏度、广泛的应用领域以及可靠的性能,已成为工业、航空航天、汽车等多个行业中不可或缺的关键部件。随着科技的进步,未来其性能将得到进一步提升,特别是在精度、可靠性以及集成度方面,期待为更多领域带来创新应用。

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压阻式加速度传感器特性有什么?

压阻式加速度传感器特性

压阻式加速度传感器是一种常用的传感器类型,广泛应用于汽车、航天、工业自动化等领域。其核心原理基于压阻效应,即材料的电阻随着外界应力或应变的变化而发生变化。本文将详细探讨压阻式加速度传感器的主要特性,包括其工作原理、优势、应用领域以及可能的限制。

压阻式加速度传感器的工作原理

压阻式加速度传感器主要通过测量加速度作用下传感器内部的应变来获得加速度信号。传感器内部通常由压阻材料组成,当加速度作用在传感器上时,传感器材料的形变导致其电阻值发生变化。这种变化可以通过精确的电路进行检测,并转化为与加速度成比例的电信号。由于其高灵敏度和精度,压阻式加速度传感器在很多高要求的应用场景中表现出色。

压阻式加速度传感器的优势

  1. 高灵敏度:压阻式加速度传感器具有非常高的灵敏度,能够检测微小的加速度变化。这使得它特别适用于对精度要求较高的场合,例如汽车碰撞测试、航空航天设备等。

  2. 结构紧凑:与其他类型的加速度传感器相比,压阻式加速度传感器的结构相对紧凑,便于集成到各种设备中,尤其是在空间受限的应用中表现尤为突出。

  3. 低成本:由于压阻式加速度传感器采用的材料相对简单,制造成本较低,这使得它在一些对成本有较高要求的应用中非常受欢迎。

  4. 温度稳定性:压阻式加速度传感器的温度适应性较好,能够在不同的环境条件下稳定工作。通过合理的设计和补偿机制,可以有效减少温度变化对其性能的影响。

应用领域

压阻式加速度传感器被广泛应用于多个领域。在汽车工业中,它们用于汽车安全气囊的触发、车辆碰撞测试等场景,保证了乘客的安全。在航空航天领域,压阻式加速度传感器被应用于飞行器的动态测试、发动机监控等工作,确保了设备的可靠性和安全性。压阻式加速度传感器还广泛应用于智能设备、机器人技术以及健康监测等多个领域。

限制与挑战

尽管压阻式加速度传感器具有许多优势,但也存在一定的限制。例如,其灵敏度受到外界干扰的影响较大,特别是在高频震动或噪声较大的环境下,可能会导致测量误差。压阻材料的选择和传感器的封装设计对传感器的性能有着直接影响,因此需要精细的技术调整和校准。

结语

压阻式加速度传感器凭借其高灵敏度、结构紧凑和低成本的优点,已成为各类精密测量和检测设备的重要组成部分。在实际应用中,如何克服环境干扰和提高传感器的精度,仍然是当前研究的。随着技术的不断发展,压阻式加速度传感器有望在更多领域发挥更大的作用。

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