壓阻式壓力感測器

原理結構如圖所示。其核心部分是一塊沿某晶向切割的N型的圓形硅膜片。在膜片上利用集成電路工藝方法擴散上四個阻值相等的P型電阻。用導線將其構成平衡電橋。膜片的四周用圓硅環（硅杯）固定，其下部是與被測系統相連的高壓腔，上部一般可與大氣相通。在被測壓力P作用下，膜片產生應力和應變。當時，徑嚮應力為零值。四個電阻沿〈1 1 0〉晶向並分別在x=0.635r處的內外排列，在0.635r之內側的電阻承受的為正值，即拉應力，外側的電阻承受的是負值，即壓應力。由於晶向的橫向為〈0 0 1〉，因此，代入式內外電阻的相對變化為式中、內、外電阻上所承受徑嚮應力的平均值。設計時，要正確地選擇電阻的徑向位置，使，因而使。使四個電阻接入差動電橋，初始狀態平衡，受力P后，差動電橋輸出與P相對應。為了保證較好的測量線性度，要控制膜片邊緣處徑嚮應變。而膜片厚度為h≥式中 ——;膜片邊緣允許的最大徑嚮應變。壓阻式壓力感測器由於彈性元件與變換元件一體化，尺寸小，其固有頻率很高，可以測頻率範圍很寬的脈動壓力。壓阻式壓力感測器廣泛用於流體壓力、差壓、液位等的測量。特別是它的體積小，最小的感測器可為0.8mm，在生物醫學上可以測量血管內壓、顱內壓等參數。應用壓阻式感測器廣泛地應用航天、航空、航海、石油化工、動力機械、生物醫學工程、氣象、地質、地震測量等各個領域。在航天和航空工業中壓力是一個關鍵參數，對靜態和動態壓力，局部壓力和整個壓力場的測量都要求很高的精度。壓阻式感測器是用於這方面的較理想的感測器。例如，用於測量直升飛機機翼的氣流壓力分佈，測試發動機進氣口的動態畸變、葉柵的脈動壓力和機翼的抖動等。

在飛機噴氣發動機中心壓力的測量中，使用專門設計的硅壓力感測器，其工作溫度達500℃以上。在波音客機的大氣數據測量系統中採用了精度高達0.05%的配套硅壓力感測器。在尺寸縮小的風洞模型試驗中，壓阻式感測器能密集安裝在風洞進口處和發動機進氣管道模型中。單個感測器直徑僅2.36毫米，固有頻率高達300千赫，非線性和滯后均為全量程的±0.22%。

在生物醫學方面，壓阻式感測器也是理想的檢測工具。已製成擴散硅膜薄到10微米，外徑僅0.5毫米的注射針型壓阻式壓力感測器和能測量心血管、顱內、尿道、子宮和眼球內壓力的感測器。壓阻式感測器還有效地應用於爆炸壓力和衝擊波的測量、真空測量、監測和控制汽車發動機的性能以及諸如測量槍炮膛內壓力、發射衝擊波等兵器方面的測量。此外，在油井壓力測量、隨鑽測向和測位地下密封電纜故障點的檢測以及流量和液位測量等方面都廣泛應用壓阻式感測器。隨著微電子技術和計算機的進一步發展，壓阻式感測器的應用還將迅速發展。

分析

交叉靈敏度分析交叉靈敏度既與感測器應變片自身的壓阻係數、彈性模量、溫度係數有關，又與電橋的供電電壓有關，因此應變和溫度同時作用於感測器時，感測器的輸出不是應變和溫度單獨作用時產生的輸出量的簡單迭加，還存在著熱力學和力學量的相互作用，這個作用反映為交叉靈敏度，其大小反映了這種相互作用的程度。實際上，交叉靈敏度反映了在不同應變時，溫度靈敏度不是一個常數，而是隨著應變的變化而變化，交叉靈敏度的大小描述了溫度靈敏度偏離常數的程度。實驗中通過在不同應變下測量溫度靈敏度，作出ST-ε曲線，該曲線的斜率便反映了交叉靈敏度的大小。