傳感器原理及應(yīng)用 應(yīng)變式傳感器-課件

1、第二章 應(yīng)變式傳感器 2.1金屬應(yīng)變片式傳感器2.2壓阻式傳感器 應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變效應(yīng)做成的傳感器。 核心元件是電阻應(yīng)變計(jì)（應(yīng)變片、應(yīng)變計(jì)），它將試件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成電阻變化。有金屬、半導(dǎo)體兩種。第二章第二章應(yīng)變傳感器的分類2.1 金屬應(yīng)變片式傳感器2.1.1 工作原理2.1.2 金屬應(yīng)變片的主要特性2.1.3 溫度特性（誤差及其補(bǔ)償） 2.1.4 測(cè)量電路2.1.5 應(yīng)變式傳感器應(yīng)用第二章2.1.1 工作原理2.1.1.1 電阻應(yīng)變效應(yīng)電阻應(yīng)變效應(yīng)：當(dāng)金屬絲（或半導(dǎo)體）在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)其電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象。當(dāng)受軸向應(yīng)力作用時(shí)有：F l、A 、 R第二章 設(shè)有一根長度為

2、l、截面積為S、電阻率為的金屬絲，其電阻R為 兩邊取對(duì)數(shù)，得等式兩邊取微分，得 電阻的相對(duì)變化； 電阻率的相對(duì)變化； 金屬絲長度相對(duì)變化，用表示，= 稱為金屬絲長度方向上的應(yīng)變或軸向應(yīng)變； 截面積的相對(duì)變化。第二章dr/r為金屬絲半徑的相對(duì)變化，即徑向應(yīng)變?yōu)閞。S= r 2dS /S=2dr/rr= 由材料力學(xué)知第二章對(duì)于金屬材料，電阻率的變化滿足以下關(guān)系。(C是金屬材料的某個(gè)常數(shù)。) 為導(dǎo)體的縱向應(yīng)變，以微應(yīng)變度量； 為應(yīng)力值；為電阻絲材料的泊松比，一般金屬=0.3-0.5；為壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關(guān)；E為材料的彈性模量；一般的第二章 2341電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)示意圖bl 由敏感柵1、基底2、蓋片3

3、、引線4和粘結(jié)劑等組成。（1） 敏感柵 由金屬細(xì)絲繞成柵形。電阻應(yīng)變片的電阻值多為120。應(yīng)變片柵長大小關(guān)系到所測(cè)應(yīng)變的準(zhǔn)確度，應(yīng)變片測(cè)得的應(yīng)變大小是應(yīng)變片柵長和柵寬所在面積內(nèi)的平均軸向應(yīng)變量。柵長柵寬第二章2.1.1.2. 應(yīng)變片的組成 金屬箔式應(yīng)變片金屬箔式應(yīng)變片 箔式應(yīng)變片的工作原理基本和電阻絲式應(yīng)變片相同。它的電阻敏感元件不是金屬絲柵，而是通過光刻、腐蝕等工序制成的薄金屬箔柵，故稱箔式電阻應(yīng)變片，如圖。第二章優(yōu)點(diǎn) ：（1）尺寸準(zhǔn)確，線條均勻，適應(yīng)不同的測(cè)量要求， （2）可制成多種復(fù)雜形狀尺寸準(zhǔn)確的敏感柵 （3）與被測(cè)試件接觸面積大，粘結(jié)性能好。 散熱條件好，允許電流大，靈敏度提高。（4

4、）橫向效應(yīng)可以忽略。（5）蠕變、機(jī)械滯后小，疲勞壽命長。 缺點(diǎn)： 電阻值的分散性大 阻值調(diào)整 金屬薄膜應(yīng)變片 采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法在薄的絕緣基片上形成厚度在0.1m以下的金屬電阻材料薄膜敏感柵，再加上保護(hù)層，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn) 優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)變靈敏系數(shù)大，允許電流密度大，工作范圍廣，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)問題：難控制電阻與溫度和時(shí)間的變化關(guān)系 金屬應(yīng)變計(jì)2.1.2 金屬應(yīng)變片的主要特性 （一）靈敏系數(shù)（二）橫向效應(yīng)（三）機(jī)械滯后（四）零點(diǎn)漂移和蠕變（五）應(yīng)變極限（六）動(dòng)態(tài)特性第二章 2.1.2.2 橫向效應(yīng)試件與其上的應(yīng)變片受單向應(yīng)力時(shí)，其表面處于平面應(yīng)變狀態(tài)。對(duì)于由多條直線和圓弧部分組成敏感柵

5、：直線段：沿軸向拉應(yīng)變x，電阻圓弧段：沿橫向壓應(yīng)變y等，電阻 lyxy第二章bOlrrdld0橫向效應(yīng)： 金屬應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變時(shí)，構(gòu)件的軸向應(yīng)變使敏感柵電阻發(fā)生變化，其橫向應(yīng)變r(jià)也將使敏感柵半圓弧部分的電阻發(fā)生變化，應(yīng)變片的這種既受軸向應(yīng)變影響，又受橫向應(yīng)變影響而引起電阻變化的現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。圖為 應(yīng)變片敏感柵半圓弧部分的形狀。沿軸向應(yīng)變?yōu)?，沿橫向應(yīng)變?yōu)閞 。絲繞式應(yīng)變片敏感柵半圓弧形部分第二章2.1.2.4 零點(diǎn)漂移和蠕變 零點(diǎn)漂移產(chǎn)生原因：敏感柵通電后的溫度效應(yīng)；應(yīng)變片的內(nèi)應(yīng)力逐漸變化；粘結(jié)劑固化不充分等。 第二章 如果在一定溫度下，使應(yīng)變片承受恒定的機(jī)械應(yīng)變，其電阻值隨時(shí)間增加而變化的特

6、性稱為蠕變。 一般蠕變的方向與原應(yīng)變量的方向相反。 產(chǎn)生原因：由于膠層之間發(fā)生“滑動(dòng)”，使力傳到敏感柵的應(yīng)變量逐漸減少。2.1.2.5 應(yīng)變極限 在一定溫度下，應(yīng)變片的指示應(yīng)變對(duì)測(cè)試值的真實(shí)應(yīng)變的相對(duì)誤差不超過規(guī)定范圍（一般為10%）時(shí)的最大真實(shí)應(yīng)變值。lim真實(shí)應(yīng)變z指示應(yīng)變i應(yīng)變片的應(yīng)變極限10%1影響因素：粘結(jié)劑和基底材料傳遞變形的性能及應(yīng)變片的安裝質(zhì)量。第二章 設(shè)應(yīng)變波波長為，則有= v /f。應(yīng)變片柵長為l，瞬時(shí)t時(shí)應(yīng)變波沿構(gòu)件分布為 應(yīng)變片中點(diǎn)的應(yīng)變?yōu)?xt為t瞬時(shí)應(yīng)變片中點(diǎn)的坐標(biāo)。應(yīng)變片測(cè)得的應(yīng)變?yōu)闁砰L l 范圍內(nèi)的平均應(yīng)變m，其數(shù)值等于 l 范圍內(nèi)應(yīng)變波曲線下的面積除以 l，即

7、第二章平均應(yīng)變m與中點(diǎn)應(yīng)變t相對(duì)誤差為（%）1.620.52誤差的計(jì)算結(jié)果 1/201/10由上式可見，相對(duì)誤差的大小只決定于 的比值，表中給出了為1/10和1/20時(shí)的數(shù)值。第二章式中 應(yīng)變波在試件中的傳播速度；因?yàn)?f為最高工作頻率則若已知應(yīng)變波在某材料內(nèi)傳播速度，由上式可計(jì)算出柵長為l，確定相對(duì)誤差的應(yīng)變片粘貼在某種材料上的可測(cè)動(dòng)態(tài)應(yīng)變最高頻率。 第二章2.1.3 溫度特性（誤差及其補(bǔ)償）2.1.3.1 溫度誤差應(yīng)變片的電阻絲(敏感柵)具有一定溫度系數(shù)；電阻絲材料與測(cè)試材料的線膨脹系數(shù)不同。 第二章 設(shè)環(huán)境引起的構(gòu)件溫度變化為t（）時(shí)，粘貼在試件表面的應(yīng)變片敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)為t

8、，則應(yīng)變片產(chǎn)生的電阻相對(duì)變化為第二章由于敏感柵材料和被測(cè)構(gòu)件材料兩者線膨脹系數(shù)不同，當(dāng)t 存在時(shí)，引起應(yīng)變片的附加應(yīng)變，其值為 e試件材料線膨脹系數(shù)；g敏感柵材料線膨脹系數(shù)。相應(yīng)的電阻相對(duì)變化為K應(yīng)變片靈敏系數(shù)。第二章溫度變化形成的總電阻相對(duì)變化： 相應(yīng)的虛假應(yīng)變?yōu)樯鲜綖閼?yīng)變片粘貼在試件表面上，當(dāng)試件不受外力作用，在溫度變化t 時(shí)，應(yīng)變片的溫度效應(yīng)（或熱輸出）。第二章2.1.3.3 溫度補(bǔ)償（自補(bǔ)償法和線路補(bǔ)償法） 單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片若要應(yīng)變片在溫度變化t時(shí)的熱輸出值為零，必須使即選擇應(yīng)變片時(shí)，若使其電阻溫度系數(shù) 和線膨脹系數(shù) 與 滿足上式的條件，即可實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償。具有這種敏感柵的應(yīng)變片稱為單

9、絲自補(bǔ)償應(yīng)變片。 第二章雙絲組合式自補(bǔ)償應(yīng)變片 是由兩種不同電阻溫度系數(shù)（一種為正值，一種為負(fù)值）的材料串聯(lián)組成敏感柵，以達(dá)到一定的溫度范圍內(nèi)在一定材料的試件上實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)?，如圖。(Ra) t= (Rb) t焊點(diǎn)RaRb第二章 這種應(yīng)變片的自補(bǔ)償條件要求粘貼在某種試件上的兩段敏感柵，隨溫度變化而產(chǎn)生的電阻增量大小相等，符號(hào)相反，即 電路補(bǔ)償法 如圖，電橋輸出電壓與橋臂參數(shù)的關(guān)系為 式中A由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)。USCR2R4R1R3E橋路補(bǔ)償法 由上式可知，當(dāng)R3、R4為常數(shù)時(shí)，Rl和R2對(duì)輸出電壓的作用方向相反。利用這個(gè)基本特性可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的補(bǔ)償。 第二章 測(cè)量應(yīng)變時(shí)，使用兩個(gè)應(yīng)變

10、片，一片貼在被測(cè)試件的表面，圖中R1稱為工作應(yīng)變片。另一片貼在與被測(cè)試件材料相同的補(bǔ)償塊上，圖中R2，稱為補(bǔ)償應(yīng)變片。補(bǔ)償應(yīng)變片粘貼示意圖R1R2第二章 當(dāng)被測(cè)試件不承受應(yīng)變時(shí)，R1和R2處于同一溫度場(chǎng)，調(diào)整電橋參數(shù)，可使電橋輸出電壓為零，即上式中可以選擇R1=R2=R及R3=R4=R。 當(dāng)溫度升高或降低時(shí)，若R1t=R2t，即兩個(gè)應(yīng)變片的熱輸出相等，由上式可知電橋的輸出電壓為零，即第二章 若此時(shí)有應(yīng)變作用，只會(huì)引起電阻R1發(fā)生變化，R2不承受應(yīng)變。故由前式可得輸出電壓為第二章將補(bǔ)償片貼在被測(cè)試件上，既能起到溫度補(bǔ)償作用，又能提高輸出的靈敏度，貼法如圖所示。 R1R2FFR1R2（b）（a）F

11、圖(a)為一個(gè)梁受彎曲應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變片R1和R2的變形方向相反，上面受拉，下面受壓，應(yīng)變絕對(duì)值相等，符號(hào)相反，將它們接入電橋的相鄰臂后，可使輸出電壓增加一倍。當(dāng)溫度變化時(shí)，應(yīng)變片R1和R2的阻值變化的符號(hào)相同，大小相等，電橋不產(chǎn)生輸出，達(dá)到了補(bǔ)償?shù)哪康摹?(b)圖是受單向應(yīng)力的構(gòu)件。補(bǔ)償原理類似。構(gòu)件受彎曲應(yīng)力構(gòu)件受單向應(yīng)力第二章電橋補(bǔ)償法U0R1R4R3URbFFR1RbR1 +RRb -RU0R1RR4R3URbR第二章熱敏電阻補(bǔ)償 T KRtUiR1RR4R3U0R2RtR5 分流電阻 UURt U = Ui - URtK第二章2.1.4 電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路 1 直流（交流）電橋2 非線

12、性誤差及其補(bǔ)償 應(yīng)變片將應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換成電阻相對(duì)變化R/R，要把電阻的變化轉(zhuǎn)換成合適的電壓或電流的變化，才能用電測(cè)儀表進(jìn)行測(cè)量。第二章2.1.4.1 直流電橋 電阻應(yīng)變片的測(cè)量線路多采用交流電橋(配交流放大器)，其原理和直流電橋相似。直流電橋比較簡單，如圖所示。當(dāng)電源E為電勢(shì)源，其內(nèi)阻為零時(shí)，可求出檢流計(jì)中流過的電流Ig與電橋各參數(shù)之間的關(guān)系為第二章R2R4R1R3E電橋線路原理圖RgACD IgB當(dāng)R1R4=R2R3時(shí)，Ig=0，Ug=0，即電橋處于平衡狀態(tài)。若電橋的負(fù)載電阻Rg為無窮大，則B、D兩點(diǎn)可視為開路，上式可以化簡為式中 Rg為負(fù)載電阻，因而其輸出電壓Ug為第二章設(shè)R1為應(yīng)變片的阻

13、值，工作時(shí)R1有一增量R，當(dāng)為拉伸應(yīng)變時(shí)，R為正；壓縮應(yīng)變時(shí)，R為負(fù)。在上式中以R1+R代替R1，則設(shè)電橋各臂均有相應(yīng)的電阻增量R1、R2、R3、R4時(shí)在實(shí)際使用時(shí)，一般多采用等臂電橋或?qū)ΨQ電橋。第二章1、等臂電橋當(dāng)R1=R2=R3=R4=R時(shí)，稱為等臂電橋。此時(shí)電橋輸出可寫為 一般情況下，Ri（i=1，2，3，4）很小，即RRi，略去上式中的高階微量，并利用 式得到 上式表明：第二章當(dāng)RiR時(shí)，輸出電壓與應(yīng)變呈線性關(guān)系。若相鄰兩橋臂的應(yīng)變極性一致，即同為拉應(yīng)變或壓應(yīng)變時(shí)，輸出電壓為兩者之差；若相鄰兩橋臂的極性不同時(shí)，輸出電壓為兩者之和。若相對(duì)兩橋臂應(yīng)變的極性一致時(shí)，輸出電壓為兩者之和；相對(duì)橋

14、臂的應(yīng)變極性相反時(shí)，輸出電壓為兩者之差。 利用上述特點(diǎn)可進(jìn)行溫度補(bǔ)償和提高測(cè)量的靈敏度。 當(dāng)僅橋臂AB單臂工作時(shí)，理想輸出電壓為第二章當(dāng)考慮單臂工作時(shí)，AB橋臂變化R，則由上式展開級(jí)數(shù)，得則電橋的相對(duì)非線性誤差為可見，K愈大，愈大，通常K1。1/2K第二章例：設(shè)K=2，要求非線性誤差1(RR )時(shí)，k/(1+k)1/2，其非線性較等臂電橋大；當(dāng)k遠(yuǎn)小于1時(shí)，其非線性可得到很好改善；當(dāng)k=1時(shí)，即為等臂電橋。第二章 若RR，忽略上式分母中 項(xiàng)，得到 可見，在一定應(yīng)變范圍內(nèi)，第二對(duì)稱電橋的輸出與應(yīng)變呈線性關(guān)系，但比等臂電橋的輸出電壓小 倍 。第二章放大器的選擇：交流載波放大器具有靈敏度高、穩(wěn)定性好

15、、外界干擾和電源影響小及造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，但存在工作頻率上限較低、長導(dǎo)線時(shí)分布電容影響大等缺點(diǎn)。直流放大器工作頻帶寬，能解決分布電容問題，但它需配用精密穩(wěn)定電源供橋，造價(jià)較高。第二章單臂電橋，即R1橋臂變化R，理想的線性關(guān)系 實(shí)際輸出電壓 電橋的相對(duì)非線性誤差為 2.1.4.2 非線性誤差及其補(bǔ)償?shù)诙吕涸O(shè)K=2，要求非線性誤差1%，試求允許測(cè)量的最大應(yīng)變值max。結(jié)論：如果被測(cè)應(yīng)變大于10000，采用等臂電橋時(shí)的非線性誤差大于1%。第二章減小非線性誤差 采用的措施為： （1）采用半橋差動(dòng)電橋 R1R2F第二章R1+RR3R2-RR4UOUR1R2R3R4=R，R1R2=R 嚴(yán)格的線性關(guān)系電橋靈

16、敏度比單臂時(shí)提高一倍溫度補(bǔ)償作用第二章輸出電壓為：全橋差動(dòng)電路第二章R1+RR2-RUOUR3-RR4+R2.1.5 電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用2.1.5.1應(yīng)變式力傳感器2.1.5.2 應(yīng)變式壓力傳感器2.1.5.3 應(yīng)變式加速度傳感器第二章柱式力傳感器2.1.5.1 （1） 圓柱力式傳感器（a）實(shí)心圓柱；（b）空心圓筒； 圓柱式力傳感器的彈性元件分為實(shí)心和空心兩種。第二章R5R8R7R6R1R2R3R4R5R8R7R6R1R2R3R4UoUF 在軸向布置一個(gè)或幾個(gè)應(yīng)變片，在圓周方向布置同樣數(shù)目的應(yīng)變片，后者取符號(hào)相反的橫向應(yīng)變，從而構(gòu)成了差動(dòng)對(duì)。第二章2.1.5.1 (2)梁式力傳感器等截面梁

17、 結(jié)構(gòu)簡單，易加工，靈敏度高適合于測(cè)5000N以下的載荷 b0R1R2l0lFbh 等截面懸臂梁第二章b0R1R2XlFbh 等強(qiáng)度懸臂梁 第二章 雙端固定梁第二章BK-2S稱重傳感器產(chǎn)品詳細(xì)介紹采用國際流行的雙梁式或剪切S梁結(jié)構(gòu)，拉壓輸出對(duì)稱性好、測(cè)量精度高、結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，廣泛用于機(jī)電結(jié)合秤、料斗秤、包裝秤等各種測(cè)力、稱重系統(tǒng)中 供橋電壓 12VDC 輸入阻抗 38020 輸出阻抗 35010 絕緣電阻 2000M 工作溫度 -10+50 第二章BK4輪輻式傳感器系列 采用輪輻式結(jié)構(gòu)，高度低，抗偏抗側(cè)能力強(qiáng)，測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定可靠安裝方便，是大、中量程精度傳感器中的最佳形式，廣泛用于

18、各種電子衡器和各種力值測(cè)量，如汽車衡、軌道衡、吊勾秤、料斗秤技術(shù)參數(shù) 量程（t） 1，2，5，10，20，30，50 供橋電壓 12VDC 靈敏度 152mV/V 輸入阻抗 73020 非線性（%FS） 0.03, 0.05, 0.1 輸出阻抗 70010 重復(fù)性（%FS） 0.03, 0.05, 0.1 絕緣電阻 2000M 滯后（%FS） 0.03, 0.05, 0.1 工作溫度 -10+50 允許過負(fù)荷 120%FS 熱零點(diǎn)偏移（%FS/10） 第二章2.1.5.2 應(yīng)變式壓力傳感器 trR4R3R1R2 UU0膜片PrtR1R2R3R4rt膜片式壓力傳感器 第二章AK-1型應(yīng)變式脈動(dòng)壓

19、力傳感器產(chǎn)品特點(diǎn)： 采用外殼和膜片為一體的圓膜片結(jié)構(gòu) 尺寸小，安裝方便 頻響高，精度高，性能穩(wěn)定可靠 適用于各種動(dòng)，靜態(tài)、氣、液體介質(zhì)的壓力測(cè)量第二章2.1.5.3 應(yīng)變式加速度傳感器 由端部固定并帶有慣性質(zhì)量塊m的懸臂梁及貼在梁根部的應(yīng)變片、基座及外殼等組成。是一種慣性式傳感器。 L應(yīng)變片質(zhì)量塊m彈簧片外殼基座a應(yīng)變式加速度傳感器測(cè)量時(shí)，根據(jù)所測(cè)振動(dòng)體加速度的方向，把傳感器固定在被測(cè)部位。當(dāng)被測(cè)點(diǎn)的加速度沿圖中箭頭所示方向時(shí)，梁發(fā)生彎曲變形，應(yīng)變片電阻也發(fā)生變化，產(chǎn)生輸出信號(hào)，輸出信號(hào)大小與加速度成正比。 第二章應(yīng)變式加速度傳感器在低頻（1060Hz）振動(dòng)測(cè)量中得到廣泛的應(yīng)用,但不適用于頻率

20、較高的振動(dòng)和沖擊。 應(yīng)變式加速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖1等強(qiáng)度梁 2質(zhì)量塊 3殼體 4電阻應(yīng)變片第二章2.2 壓阻式傳感器2.2.1 半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)2.2.2 體型半導(dǎo)體應(yīng)變片2.2.3 固態(tài)壓阻器件第二章 壓阻式傳感器 是利用硅的壓阻效應(yīng)和微電子技術(shù)制成的，是一種新的物性型傳感器。分為粘貼型和擴(kuò)散型。2.2.1 壓阻效應(yīng) 單晶硅材料在受到應(yīng)力作用后，其電阻率發(fā)生明顯變化，這種現(xiàn)象被稱為壓阻效應(yīng)。對(duì)半導(dǎo)體材料電阻相對(duì)變化量第二章由于E一般都比（1+2）大幾十倍甚至上百倍，因此引起半導(dǎo)體材料電阻相對(duì)變化的主要原因是壓阻效應(yīng)，所以上式可近似寫成 式中 壓阻系數(shù)；E彈性模量； 應(yīng)力； 應(yīng)變。 上式表明壓

21、阻傳感器的工作原理是基于壓阻效應(yīng)。 擴(kuò)散硅壓阻式傳感器的基片是半導(dǎo)體單晶硅。單晶硅是各向異性材料，取向不同其特性不一樣。而取向是用晶向表示的，所謂晶向就是晶面的法線方向。第二章C ZOBAXY11晶體晶面的截距表示附1 晶向、晶面的表示方法 結(jié)晶體是具有多面體形態(tài)的固體。多面體的表面稱為晶面。晶面與晶面相交的直線稱為晶棱，晶棱的交點(diǎn)稱為晶體的頂點(diǎn)。為了說明晶格點(diǎn)陣的配置和確定晶面的位置，通常引進(jìn)一組對(duì)稱軸線，稱為晶軸，用X、Y、Z表示。第二章 硅為立方晶體結(jié)構(gòu)，就取立方晶體的三個(gè)相鄰邊為X、Y、Z。在晶軸X、Y、Z上取與所有晶軸相交的某晶面為單位晶面，如圖所示。此晶面ABC與坐標(biāo)軸上的截距為O

22、A、OB、OC。已知某晶面在X、Y、Z軸上的截距為OAx、OBy、OCz，它們與單位晶面在坐標(biāo)軸截距的比可寫成C ZOBAXY11晶體晶面的截距表示第二章 上式中，p、q、r為沒有公約數(shù)(1除外)的簡單整數(shù)。為了方便取其倒數(shù)得下式，h、k、l也為沒有公約數(shù)（1除外）的簡單整數(shù)。依據(jù)上述關(guān)系式，可以看出截距OAx、OBy、OCz的晶面，能用三個(gè)簡單整數(shù)h、k、l來表示。h、k、l稱為密勒指數(shù)。 而晶向是晶面的法線方向，根據(jù)有關(guān)的規(guī)定，晶面符號(hào)為(hkl)，晶面全集符號(hào)為hkl，晶向符號(hào)為 hkl，晶向全集符號(hào)為hkl。晶面所截的線段對(duì)于X軸，O點(diǎn)之前為正，O點(diǎn)之后為負(fù)；對(duì)于Y軸，O點(diǎn)右邊為正，O

23、點(diǎn)左邊為負(fù)；對(duì)于Z軸，在O點(diǎn)之上為正，O點(diǎn)之下為負(fù)。 若晶面與任一晶軸平行，則晶面符號(hào)中相對(duì)于此軸的指數(shù)等于零，因此與X軸相交而平行于其余兩軸的晶面用(1 0 0)表示，其晶向?yàn)? 0 0；(110)110100(100)(111)111001100010110100001ZYX單晶硅內(nèi)集中不同晶向與晶面（b）（a） 與Y軸相交面平行于其余兩軸的晶面為(0 1 0)，其晶向?yàn)? 1 0；與Z軸相交而平行于X、Y軸的晶面為(0 0 1)，晶向?yàn)? 0 1。同理，與X、Y軸相交而平行于Z軸的晶面為(1 1 0)，其晶向?yàn)? 1 0； 單晶硅是各向異性的材料，取向不同，則壓阻效應(yīng)也不同。硅壓阻傳感器

24、的芯片，就是選擇壓阻效應(yīng)最大的晶向來布置電阻條的。同時(shí)利用硅晶體各向異性、腐蝕速率不同的特性，采用腐蝕工藝來制造硅杯形的壓阻芯片。第二章 是從單晶硅或鍺切下薄片制成。主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏系數(shù)大。橫向效應(yīng)和機(jī)械滯后極??；溫度穩(wěn)定性和線性度比金屬電阻應(yīng)變片差得多。 2.2.2 體型半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片 第二章2.2.3 固態(tài)壓阻器件（擴(kuò)散型）1、固態(tài)壓阻器件的結(jié)構(gòu)原理 利用固體擴(kuò)散技術(shù)，將P型雜質(zhì)擴(kuò)散到一片N型硅底層上，形成一層極薄的導(dǎo)電P型層，裝上引線接點(diǎn)后，即形成擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片。若在圓形硅膜片上擴(kuò)散出四個(gè)P型電阻，構(gòu)成惠斯登電橋的四個(gè)臂，這樣的敏感器件通常稱為固態(tài)壓阻器件，如圖所示。1 N-Si膜片

25、 2 P-Si導(dǎo)電層 粘貼劑 硅底座 引壓管 Si 保護(hù)膜 7 引線第二章USCRR+RT圖2.1-27 恒流源供電ACDBRR+RTR+R+RTR+R+RTE2、 測(cè)量橋路及溫度補(bǔ)償 為了減少溫度影響，壓阻器件一般采用恒流源供電。假設(shè)電橋中兩個(gè)支路的電阻相等，即RABC=RADC=2（R+RT），故有因此，電橋的輸出為I第二章 USC=IR 電橋輸出與溫度無關(guān)，但是，壓阻器件本身受到溫度影響后，要產(chǎn)生零點(diǎn)溫度漂移和靈敏度溫度漂移，因此必須采取溫度補(bǔ)償措施。第二章（1） 零點(diǎn)溫度補(bǔ)償零點(diǎn)溫度漂移是由于四個(gè)擴(kuò)散電阻的阻值及其溫度系數(shù)不一致造成的。一般用串、并聯(lián)電阻法補(bǔ)償，如圖2.1-28所示。其

26、中，RS是串聯(lián)電阻；RP是并聯(lián)電阻。串聯(lián)電阻主要起調(diào)零作用；并聯(lián)電阻主要起補(bǔ)償作用。補(bǔ)償原理如下： R2R4R1R3USC圖2.1-28 溫度漂移的補(bǔ)償RpBCDARSEDi第二章 由于零點(diǎn)漂移，導(dǎo)致B、D兩點(diǎn)電位不等，譬如，當(dāng)溫度升高時(shí)，R2的增加比較大，使D點(diǎn)電位低于B點(diǎn)，B、D兩點(diǎn)的電位差即為零位漂移。要消除B、D兩點(diǎn)的電位差，在R2上并聯(lián)一個(gè)溫度系數(shù)為負(fù)、阻值較大的電阻RP，用來約束R2的變化。當(dāng)溫度變化時(shí)，可減小B、D點(diǎn)之間的電位差，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?。第二章?） 靈敏度溫度補(bǔ)償 靈敏度溫度漂移是由于壓阻系數(shù)隨溫度變化而引起的。溫度升高時(shí)，壓阻系數(shù)變?。粶囟冉档蜁r(shí)，壓阻系數(shù)變大，說明傳感器的靈敏度系數(shù)為負(fù)值。 第二章 因?yàn)槎O管PN結(jié)的溫度特性為負(fù)值，溫度每升高1時(shí)，正向壓降約減小(1.92.5)mV。將適當(dāng)數(shù)量的二極管串聯(lián)在電橋的電源回路中，見圖2.1-28。電源