硅壓阻式力敏傳感器：擴散硅壓阻式力敏傳感器的組成及優(yōu)缺點

擴散型壓阻式力敏傳感器大都采用單晶硅和半導體平面工藝制成。單晶硅是各向異性材料，取向不同時特性不一樣，因此必須根據(jù)傳感器受力變形情況來加工制造擴散硅敏感電阻膜片。一般以N型硅為襯底（又稱基片），采用氧化、擴散等工藝將硼原子沿給定的晶向擴散到N型硅補底材料中，形成P型擴散層。結果硼擴散區(qū)便形成應變電阻，并用襯底形成一個整體，當它受壓力作用時，應變電阻發(fā)生變化，從而使輸出發(fā)生變化。
擴散型壓阻式力敏傳感器主要由硅膜片（硅杯）、外殼和引線等組成。硅膜片是核心部分，其形狀像杯子故名硅杯，在膜片上，用半導體工藝中的擴散摻雜法做成四個相等的電阻，經(jīng)蒸鍍金屬電極及連線，接成電橋形式，用引線引出。硅膜片兩側有兩個壓力腔，一側是和被測系統(tǒng)相連接的高壓腔；另一側是低壓腔，通常和大氣相連，也有做成真空的。當膜片兩側存在壓力差時，膜片發(fā)生變形，產生應力應變，從而使擴散電阻的電阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，輸出相對應的電壓，其大小就反映了膜片所受壓力差值。

擴散硅壓阻式力敏傳感器有哪些優(yōu)缺點？
1.優(yōu)點：
1)頻率響應范圍寬，固有頻率很高；
2)體積小，可微型化，由于采用了集成電路的工藝方法，因麗硅膜片敏感元件可做得很小；
3）準確度高，由于不存在傳動機構造成的誤差，也消除了一般壓力傳感器中金屬膜片或應變及粘貼時因蠕變、遲滯產生的誤差，所以大大提高了傳感器的準確度；
4)靈敏度高；
5)由于壓阻式傳感器無活動部件，所以它工作可靠，耐振、耐沖擊、耐腐蝕、抗干擾能力強，可以在惡劣環(huán)境下工作。
2.缺點
1)由于壓阻式傳感器是用半導體材料制作的，所以受溫度影響較大；因此，在瀑度變化大的環(huán)境中使用時，必須進行溫度補償；
2)制作工藝復雜，對研制條件要求高，尤其是擴散雜質、燒結、封裝工藝等比其他傳感器要復雜得多，因而成本較高。
 

硅壓阻式力敏傳感器：液體表面張力系數(shù)測定講義

液體表面張力系數(shù)測定
編者：黃彥
【實驗目的】
（1）了解力敏傳感器的原理和掌握其標定方法
（2）了解液體表面的性質，用拉脫法測定液體表面張力系數(shù)。
【實驗儀器】
DH4607型液體表面張力系數(shù)測定儀，其它配置為：硅壓阻力敏傳感器1只，測試玻璃皿1只，配件盒（吊環(huán)1只，外徑3.5cm，內徑3.3cm，高0.8cm；砝碼盤1只，0.5g砝碼7只，鑷子1個，水準泡1個），純凈水，NaOH溶液。
圖1液體表面張力系數(shù)測定儀
1.力敏傳感器；
2.吊環(huán)；
3.玻璃器皿；
4.升降螺絲；
5.調節(jié)螺絲；
6.底座；
7.固定螺絲；
8.數(shù)字
電壓表；9.調零旋鈕
【實驗原理】
1. 液體的表面張力
液體與空氣接觸形成表面層，其厚度的數(shù)量級與分子力作用球半徑的數(shù)量級相同。由于表面層內液體分子受力情況不同于液體內部，使得液體表面具有一種不同于液體內部的特殊性質。即液體內部相鄰液體間的相互作用表現(xiàn)為壓力，而液體表面相鄰液面間的相互作用則表現(xiàn)為張力。由于這種力的存在，引起彎曲液面內外出現(xiàn)壓強差，以及常見的毛細現(xiàn)象等。許多現(xiàn)象表明，液體表面有自動收縮的趨勢。
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硅壓阻式力敏傳感器：硅壓阻式力敏器件及傳感器的穩(wěn)定性

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硅壓阻式力敏傳感器：硅壓阻式壓力傳感器

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硅壓阻式壓力傳感器
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硅壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅的壓阻效應制成的。在硅膜片特定方向上擴散4個等值的半導體電阻，并連接成惠斯通電橋，作為力——電變換器的敏感元件。當膜片受到外界壓力作用，電橋失去平衡時，若對電橋加激勵電源（恒流和恒壓），便可得到與被測壓力成正比的輸出電壓，從而達到測量壓力的目的。
中文名
硅壓阻式壓力傳感器
外文名
Piezoresistive Silicon Pressure Transducer
類    別
傳感器
類    型
硅壓阻式
對    象
壓力
原    理
利用單晶硅的壓阻效應制成的
目錄
1
組成部分
2
封裝
硅壓阻式壓力傳感器組成部分
編輯
語音
圖1：硅壓阻式壓力傳感器(1張)
硅壓阻式壓力傳感器都由3個基本部分組成（圖2）：①基體，直接承受被測應力；②波紋膜片，將被測應力傳遞到芯片；③芯片，檢測被測應力。芯片是在硅彈性膜片上，用半導體制造技術在確定晶向制作相同的4個感壓電阻，將他們連成惠斯通電橋構成了基本的壓力敏感元件。
圖2：壓力傳感器結構圖
膜片即是力敏電阻的襯底，又是外加應力的承受體，所以是壓力傳感元件的核心部分。在硅膜片上的背面要用機械或化學腐蝕的方法加工成中間很薄的凹狀，稱為硅杯，在它的正面制作壓阻全橋。如果硅杯是圓形的凹坑，就稱為圓形膜片。膜片還有方形、矩形等多種形式。當存在外加應力時，膜片上各處受到的應力是不同的。4個橋臂電阻在模板上的位置與方向設置要根據(jù)晶向和應力來決定。膜片的設計和制作決定了傳感器的性能及量程。圖2所示的是一種充油封裝結構，在傳感器的波紋膜片及芯片之間填充了硅油，這種結構的壓力傳感器已相當成熟。量程為0～100kPa至0～60MPa，工作溫度為-55℃～125℃，精度為0.5%～0.1%；能夠實現(xiàn)表壓、絕壓測量。
硅壓阻式壓力傳感器封裝
編輯
語音
硅壓阻式壓力傳感器的另一種封裝形式是將硅應變片用于玻璃粉直接燒結在金屬膜片上，構成燒結型壓力傳感器。由于該傳感器的結構特點，能夠將彈性原件與被測介質直接接觸，易于小型化，適于動態(tài)壓力測量。該傳感器量程從0～100kPa至0～80MPa，工作溫度為-55℃～125℃，精度為0.5%～0.1%。固有頻率從幾千赫到幾百赫，可用于氣流模型試驗、爆炸壓力測試和發(fā)動機動態(tài)測量。
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