電阻式壓力傳感器的作用及其工作原理

電阻式壓力傳感器是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成。采用單晶硅片為彈性元件，在單晶硅膜片上利用集成電路的工藝，在單晶硅的特定方向擴(kuò)散一組等值電阻，并將電阻接成橋路，單晶硅片置于傳感器腔內(nèi)。當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)，單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，使直接擴(kuò)散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測(cè)壓力成正比的變化，再由橋式電路獲相應(yīng)的電壓輸出信號(hào)。

壓阻式傳感器是用于這方面的較理想的傳感器。例如，用于測(cè)量直升飛機(jī)機(jī)翼的氣流壓力分布，測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口的動(dòng)態(tài)畸變、葉柵的脈動(dòng)壓力和機(jī)翼的抖動(dòng)等。在飛機(jī)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中心壓力的測(cè)量中，使用專門設(shè)計(jì)的硅壓力傳感器，其工作溫度達(dá)500℃以上。在波音客機(jī)的大氣數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)中采用了精度高達(dá)0.05%的配套硅壓力傳感器。

在尺寸縮小的風(fēng)洞模型試驗(yàn)中，壓阻式傳感器能密集安裝在風(fēng)洞進(jìn)口處和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管道模型中。單個(gè)傳感器直徑僅2.36毫米，固有頻率高達(dá)300千赫，非線性和滯后均為全量程的±0.22%。在生物醫(yī)學(xué)方面，壓阻式傳感器也是理想的檢測(cè)工具。已制成擴(kuò)散硅膜薄到10微米，外徑僅0.5毫米的注射針型壓阻式壓力傳感器和能測(cè)量心血管、顱內(nèi)、尿道、子宮和眼球內(nèi)壓力的傳感器。

壓阻式傳感器還有效地應(yīng)用于爆炸壓力和沖擊波的測(cè)量、真空測(cè)量、監(jiān)測(cè)和控制汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的性能以及諸如測(cè)量槍炮膛內(nèi)壓力、發(fā)射沖擊波等兵器方面的測(cè)量。此外，在油井壓力測(cè)量、隨鉆測(cè)向和測(cè)位地下密封電纜故障點(diǎn)的檢測(cè)以及流量和液位測(cè)量等方面都廣泛應(yīng)用壓阻式傳感器。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，壓阻式傳感器的應(yīng)用還將迅速發(fā)展。

電阻應(yīng)變式壓力傳感器是電阻式壓力傳感器的一種，其通過(guò)粘結(jié)在彈性元件上的應(yīng)變片的阻值變化來(lái)測(cè)量壓力值的。用于力、扭矩、張力、位移、轉(zhuǎn)角、速度、加速度和振幅等測(cè)量。電阻應(yīng)變式壓力傳感器所運(yùn)用的基本原理是電阻的應(yīng)變效應(yīng)：導(dǎo)體受機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，稱為“應(yīng)變效應(yīng)”。

應(yīng)變片由應(yīng)變敏感元件、基片和覆蓋層、引出線三部分組成。應(yīng)變敏感元件一般由金屬絲、金屬箔（高電阻系數(shù)材料）組成，它把機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)化成電阻的變化。基片和覆蓋層起固定和保護(hù)敏感元件、傳遞應(yīng)變和電氣絕緣作用。

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審核編輯 黃宇