Comprendre le principe, les caractéristiques et les types d'application du capteur piézorésistif

Un capteur piézorésistif est un dispositif constitué d'une résistance de diffusion sur le substrat d'un matériau semi-conducteur en fonction de l'effet piéozorésistif du matériau semi-conducteur. Le substrat peut être utilisé directement comme élément de détection de mesure et la résistance de diffusion est connectée à un pont à l'intérieur du substrat.

Type de résistance à la pressionPrincipe du capteur

 Capteur de piézorésistance Le capteur de type piézorésistance fait référence au capteur fabriqué à partir de l'effet piézorésistance du matériau en silicium monocristallin et de la technologie des circuits intégrés. Après la force du matériau en silicium monocristallin, la résistivité change et l'électricité proportionnelle au changement de force peut être obtenue en mesurant le circuitsignalsortie. Les capteurs piézorésistifs sont utilisés pour la mesure et le contrôle de la pression, de la tension, de la différence de pression et d'autres quantités physiques qui peuvent être converties en changements de force (comme le niveau de fluide, l'accélération, le poids, la contrainte, le débit, le vide).

Un capteur piézorésistif est un dispositif constitué d'une résistance de diffusion sur le substrat d'un matériau semi-conducteur en fonction de l'effet piézorésistif d'un matériau semi-conducteur. Le substrat peut être utilisé directement comme élément de détection de mesure et la résistance de diffusion est connectée à un pont à l'intérieur du substrat. Lorsque le substrat est déformé par la force externe, la valeur de résistance change et le pont produit la sortie déséquilibrée correspondante. Le substrat (ou diaphragme) utilisé comme capteur piézorésistif est principalement constitué de plaquettes de silicium et de plaquettes de germanium. Le capteur piézorésistif en silicium fabriqué à partir de plaquettes de silicium en tant que matériau sensible fait l'objet d'une attention croissante, en particulier le capteur piézorésistif solide qui mesure la pression et la vitesse est l'application la plus courante.

Application des capteurs piézorésistifs

 Les capteurs polezorésistifs sont largement utilisés dans l'aérospatiale, l'aviation, la navigation, l'industrie pétrochimique, les machines électriques, l'ingénierie biomédicale, la météorologie, la géologie, la mesure sismique et d'autres domaines. La pression est un paramètre critique dans les industries aérospatiale et aéronautique, nécessitant une grande précision pour les mesures de pression statique et dynamique, de pression locale et de l'ensemble du champ de pression. Le capteur piézorésistif est le capteur idéal pour cet aspect. Par exemple, pour mesurer la distribution de pression du flux d'air de l'aile d'hélicoptère, tester la distorsion dynamique de l'admission du moteur, la pression pulsatoire de la grille et le tremblement de l'aile. Dans la mesure de la pression centrale du réacteur de l'avion, un silicium spécialement conçu est utiliséprise de pressionSa température de fonctionnement est supérieure à 500 ℃. Le capteur de pression en silicium correspondant, d'une précision allant jusqu'à 0,05%, est utilisé dans le système de mesure des données atmosphériques de Boeing. Dans le test du modèle réduit en soufflerie, le capteur de résistance à la pression peut être installé de manière dense à l'entrée de la soufflerie et dans le modèle de conduit d'admission du moteur.

Le capteur unique n'a qu'un diamètre de 2,36 mm, la fréquence naturelle peut atteindre 300 kHz et la non-linéarité et l'hystérésis sont toutes deux de ± 0,22% de la plage complète. Dans les aspects biomédicaux, le capteur de piézorésistance est également un outil de détection idéal. Capteur de pression piézostatique de type aiguille d'injection avec un film de silicium de diffusion aussi fin que 10 microns et un diamètre extérieur de seulement 0,5 mm et des capteurs qui mesurent la pression dans les zones cardiovasculaire, intracrânienne, urinaire, utérine et oculaire. La figure 3 est un schéma structurel d'un capteur utilisé pour mesurer la pression cérébrale. Le capteur de piézorésistance est également utilisé efficacement dans la mesure de la pression d'explosion et de l'onde de choc, la mesure du vide, la surveillance et le contrôle des performances du moteur de voiture, comme la mesure de la pression dans la chambre du canon, le tir d'ondes de choc et d'autres armes. De plus, les capteurs de piézorésistance sont largement utilisés dans la mesure de la pression des puits de pétrole, la détection de la direction de forage et de l'emplacement des câbles scellés souterrains, ainsi que la mesure du débit et du niveau de liquide. Avec le développement ultérieur de la technologie microélectronique et informatique, l'application des capteurs piézorésistifs va se développer rapidement.

 Quelles sont les caractéristiques typiques des capteurs piézorésistifs

① Le coefficient de sensibilité du capteur piézorésistif est 50 à 100 fois supérieur à celui du capteur de pression à déformation métallique. Parfois, la sortie du capteur piézorésistif peut être mesurée directement sans amplificateur.

② Parce qu'il utilise le traitement du processus de circuit intégré, la taille de la structure est petite et légère.

③ Résolution haute pression, il peut détecter une petite micropression comme la pression artérielle.

④ La réponse en fréquence est bonne et il peut mesurer la pression d'impulsion de plusieurs dizaines de kHz.

⑤ Étant donné que l'élément de détection de force et l'élément de détection du capteur sont fabriqués sur la même plaquette de silicium, il fonctionne de manière fiable, avec une grande précision globale et a une longue durée de vie.

⑥ En raison de l'utilisation de la production de silicium, un matériau semi-conducteur, le capteur est plus sensible à la température. Si la compensation de température n'est pas utilisée, son erreur de température est importante.

 Pourquoi le capteur piézorésistif génère-t-il une erreur de température ? Comment compenser ?

 Il existe deux types de capteurs piézostatiques : l'un est la jauge de contrainte adhésive fabriquée à partir de la résistance du corps du matériau semi-conducteur pour former la résistance de diffusion fabriquée sur le substrat du matériau semi-conducteur, qui est appelé capteur piézostatique à diffusion.

 Le capteur piézorésistif est fortement affecté par la température, ce qui produira une dérive de bit nul et une dérive de sensibilité, entraînant une erreur de température.

 Dans le capteur piézorésistif, le coefficient de température de la résistance de diffusion est élevé et la valeur de résistance change avec le changement de température, ce qui provoque la dérive du zéro du capteur.

 La dérive de la sensibilité du capteur en fonction de la température est due au coefficient de piézorésistance associé à la température. Lorsque la température augmente, le coefficient de piézorésistance diminue et la sensibilité du capteur diminue ; dans le cas contraire, la sensibilité augmente.

 La dérive de température nulle peut être compensée par une résistance série et parallèle.

 La dérive de température de sensibilité est compensée en utilisant des diodes série dans le circuit de puissance du pont.

 De plus, le capteur piézorésistif peut également connecter les quatre résistances de diffusion à l'ensemble du pont, afin de réduire l'influence de la température, peut utiliser une alimentation à courant constant.

 On peut voir que la sortie du pont est proportionnelle au changement de résistance, c'est-à-dire qu'elle est proportionnelle à la mesure et également proportionnelle au courant d'alimentation. La tension de sortie est liée à la taille et à la précision du courant de la source de courant constant, mais n'a rien à voir avec la température, donc la source de courant constant a un bon effet de compensation de température.

Avertissement : cet article est reproduit dans le but de transmettre plus d'informations. En cas d'erreur d'étiquetage de la source ou de violation de vos droits et intérêts légitimes, veuillez nous contacter, nous la corrigerons et la supprimerons à temps, merci.