压阻传感器测量原理

　　工控摘要：微压力控制器、变送器作为微传感器中一个重要分支。目前，微压传感器的灵敏度普遍偏低、线性度较差，由此，研究如何提高传感器的灵敏度、改善非线性具有重要实际意义。
　　
　　通常采用高应变系数材料作为敏感元件。这里我们可以对敏感器件的结构尺寸进行优化，对电阻条位置尺寸进行优化。本文提及一种量程为200kPa、采用E结构微压力传感器，该结构综合了平膜和岛膜高灵敏度、线性度好的两者优点。
　　
　　1.压阻传感器测量原理
　　
　　利用硅片良好的变形能力与显著压阻效应，选用硅作为压阻微压传感器主要材料。其测量原理也根据硅的压阻效应，当在硅片上施加某一方向的压力或拉力后，其材料内部结构将发生变化，造成内部结构扭曲，带来载流相对能量变化，使硅固有电阻率发生变化，改变电阻。即通过压力改变电阻变化，给以一个可变换的信号。
　　
　　首先是硅膜结构选取，当前压阻式微压传感器正朝着低量程、高灵敏度方向发展。本文采用这种E型结构薄膜无论是在过载能力、线性度，还是在电阻感应应力上，均优于其他类型结构薄膜；其次，压敏电阻条宽、长度的选择。压阻式微压传感器对温度改变较为敏感，要尽可能地降低测量过程中自身产生的热量，因此考虑到面积功耗、电流大小，依据计算公式，zui终确定适合的压阻条宽和压阻长度。
　　
　　2.测量分析结果
　　
　　通过仿真测试确定薄膜尺寸及电阻位置尺寸，主要考虑其对线性度和灵敏度影响。仿真时，改变其中一个参数，而保持其他变化。再选择每个参数*值，考虑变形与输出电压、变形越大，则线性度越差、过载能力越低；反之，灵敏度越高。仿真过程对比薄膜边距离、薄膜厚度、薄膜边长、电阻长度和电阻折数等参数进行测试。以保证较高灵敏度、良好的线性度、过载能力等方面。总之，弹性膜片、压敏电阻直接决定了压阻式微压传感器灵敏度和线性度，文中提出改变压电电阻尺寸与位置的研究方法具有一定的参考价值。
　　
　　作为微型传感仪器的主流产品，微压传感器具有体积小、响应快、功耗低、可靠性高、易于集成和智能化等特点。现已被广泛运用于家电、装备制造业、航天工程、环境检测等领域内。