文獻綜述--模版

1、電阻式壓力傳感器姓名：楊登學(xué)號：201007301236摘要：電阻式壓力傳感器是利用介質(zhì)對壓力的應(yīng)變變化，引起電路中電阻發(fā)生變化，從而把不易測量的非電學(xué)量壓力轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，方便測量，并且可以輸入計算機進行數(shù)據(jù)處理，做這種用途的電阻稱為電阻式傳感器。本文通過部分文獻資料對電阻式壓力傳感器發(fā)展、原理及應(yīng)用做一簡要介紹。關(guān)鍵詞：電阻、壓力、傳感器Abstract：Resistive pressure sensor is to use the media to stress and strain change, change caused in the circuit resistance, not

2、easy to measure the electrical signal by pressure is converted into electrical signal, convenient measurement, and can enter your computer for data processing, for this kind of use resistor called a resistive sensor. In this article, through some literature of resistance type pressure sensor develop

3、ment, give a brief introduction of principles and applications.一、壓力傳感器的發(fā)展歷程現(xiàn)代壓力傳感器是以半導(dǎo)體傳感器的發(fā)明為標志的，而半導(dǎo)體壓力傳感器的發(fā)展可分為以下四個階段：1、發(fā)明階段(1945-1960年）：這個階段主要是以1947年雙極性晶體管的發(fā)明為標志。此后,半導(dǎo)體材料的這一特性得到較廣泛應(yīng)用。史密斯于1945年發(fā)現(xiàn)了硅與鍺的壓阻效應(yīng)，即當有外力作用于半導(dǎo)體材料時，其電阻將明顯發(fā)生變化。依據(jù)此原理制成的壓力傳感器是把應(yīng)變電阻片粘在金屬薄膜上，即將力信號轉(zhuǎn)化為電信號進行測量。此階段壓力傳感器的最小尺寸大約為1cm。2、技

4、術(shù)發(fā)展階段（1960-1970年）：隨著硅擴散技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)人員在硅的(001)或(110)晶面選擇合適的晶向直接把應(yīng)變電阻擴散在晶面上，然后在背面加工成凹形，形成較薄的硅彈性膜片，稱為硅杯。這種形式的硅杯傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、穩(wěn)定性好、成本低、便于集成化的優(yōu)點，實現(xiàn)了金屬-硅共晶體，為商業(yè)化發(fā)展提供了可能。3、商業(yè)化集成加工階段（1970-1980年）：在硅杯擴散理論的基礎(chǔ)上應(yīng)用了硅的各向異性的腐蝕技術(shù)，擴散硅傳感器其加工工藝以硅的各項異性腐蝕技術(shù)為主，發(fā)展成為可以自動控制硅膜厚度的硅各向異性加工技術(shù)，主要有V形槽法、濃硼自動中止法、陽極氧化法自動中止法和微機控制自動中止法。

5、由于可以在多個表面同時進行腐蝕，數(shù)千個硅壓力膜可以同時生產(chǎn)，實現(xiàn)了集成化的工廠加工模式，成本進一步降低。4、微機械加工階段（1980年-今）：上世紀末出現(xiàn)的納米技術(shù)，使得微機械加工工藝成為可能。通過微機械加工工藝可以由計算機控制加工出結(jié)構(gòu)型的壓力傳感器，其線度可以控制在微米級范圍內(nèi)。利用這一技術(shù)可以加工、蝕刻微米級的溝、條、膜，使得壓力傳感器進入了微米階段。二、壓力傳感器發(fā)展趨勢現(xiàn)如今世界各國壓力傳感器的研究領(lǐng)域十分廣泛，幾乎滲透到國家的各個行業(yè)中，歸納起來主要有以下幾個趨勢：1、小型化：小型化會帶來很多好處，如重量輕、體積小、分辨率高，便于安裝在很小的地方；對周圍器件影響小，也利于微型儀器、

6、儀表的配套使用。2、集成化：壓力傳感器已經(jīng)越來越多的與其它測量用傳感器集成以形成測量和控制系統(tǒng)，集成系統(tǒng)在過程控制和工廠自動化中可以提高操作速度和效率。3、智能化：由于集成化的出現(xiàn)，在集成電路中可以添加一些微處理器，使得傳感器具有自動補償、通訊、自診斷、邏輯判斷等功能。4、系統(tǒng)化：單一化產(chǎn)品在市場上沒有大的競爭力。市場風(fēng)云突變，一旦失去市場，發(fā)展則停滯不前，經(jīng)濟效益差，資金浪費大，產(chǎn)品成本高。5、標準化：傳感器的設(shè)計與制造已經(jīng)形成了一定的行業(yè)標準。如IEC、ISO國際標準，美國的ANSIC、ANSC、MIL-T和ASTME標準，日本JIS標準，法國DIN標準。三、壓力傳感器的原理與應(yīng)用本文主要

7、介紹電阻式壓力傳感器。電阻式壓力傳感器主要有電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器。其中應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，而電阻應(yīng)變片是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分。1、電阻應(yīng)變式壓力傳感器原理與應(yīng)用1.1、電阻應(yīng)變片：電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過

8、后續(xù)的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機構(gòu)。1.2、金屬電阻應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：電阻應(yīng)變片由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè)計者設(shè)計，但電阻的取值范圍應(yīng)注意：阻值太小，所需的驅(qū)動電流太大，同時應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高，不同的環(huán)境中使用時，使應(yīng)變片的阻值變化太大，輸出零點漂移明顯，調(diào)零電路過于復(fù)雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般為幾十歐至幾十千歐左右。1.3、電阻應(yīng)變片的工作原理：金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，

9、俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用公式R=l/S表示。式中：R為電阻值（常用單位）；為電阻率（常用單位·m ）；S為橫截面積（常用單位）；L為導(dǎo)線的長度（常用單位m）。我們以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情況。2、陶瓷壓力傳感器原理及應(yīng)用陶瓷是一種公認的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振

10、動的材料。陶瓷壓力傳感器中沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個惠斯通電橋（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，標準的信號根據(jù)壓力量程的不同標定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。通過激光標定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補償070，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達-40135，而且具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號

11、強，長期穩(wěn)定性好。高特性，低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國家有全面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也有越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴散硅壓力傳感器。3、 擴散硅壓力傳感器原理及應(yīng)用被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個對應(yīng)于這一壓力的標準測量信號。四、總結(jié)壓力傳感器技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到比較高的水平，并且更新?lián)Q代的速度很快。隨著我們對壓力傳感器材料、工藝等研究的不斷深入，隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，相信壓力傳感器在精確度、穩(wěn)定性和智能化等各個方面都將

12、得到進一步的完善和提高，壓力傳感器在生物醫(yī)學(xué)、微型機械和航空工業(yè)等領(lǐng)域也必將有著更為廣泛的應(yīng)用前景。五、參考文獻1 趙繼文.傳感器與應(yīng)用電路設(shè)計M.北京:科學(xué)出版社,2002.2 金發(fā)慶.傳感器技術(shù)與應(yīng)用(第二版)M.北京:機械工業(yè)出版社,2006.3 張樹生；韓克江；成健 基于MEMS技術(shù)的硅微機械流體傳感器的原理及應(yīng)用J.儀表技術(shù)與傳感器 2007, (3).4 王俊峰,孟令啟.現(xiàn)代傳感器應(yīng)用技術(shù)M.北京:機械工業(yè)出版社,2007.5 郁有文.傳感器原理及工程應(yīng)用M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2001.6 嚴鐘豪,譚祖根.非電量電測技術(shù)M.北京:機械工業(yè)出版社,2001.7 沈聿農(nóng).傳感器及應(yīng)用技術(shù)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.8 范晶彥.傳感器與檢測技術(shù)應(yīng)用M.北京:機械工業(yè)出版社,20