Понять принцип действия, характеристики и типы применения пьезорезистивного датчика.

Пьезорезистивный датчик представляет собой устройство, изготовленное из диффузионного сопротивления на подложке из полупроводникового материала в соответствии с пьезорезистивным эффектом полупроводникового материала. Подложка может быть непосредственно использована в качестве измерительного чувствительного элемента, а диффузионное сопротивление подключено к мосту внутри подложки.

Тип сопротивления давлениюПринцип действия сенсора

 Датчик пьезорезистивности преобразователь пьезорезистивного типа относится к датчику, изготовленному из пьезорезистивного эффекта монокристаллического кремниевого материала и технологии интегральной схемы. После силы монокристаллического кремниевого материала сопротивление изменяется, и электричество, пропорциональное изменению силы, может быть получено путем измерения цеписигналвыход. Пьезорезистивные датчики используются для измерения и контроля давления, натяжения, перепада давления и других физических величин, которые могут быть преобразованы в изменения силы (например, уровень жидкости, ускорение, вес, деформация, поток, вакуум).

Пьезорезистивный датчик — это устройство, изготовленное из диффузионного сопротивления на подложке из полупроводникового материала в соответствии с пьезорезистивным эффектом полупроводникового материала. Подложка может быть напрямую использована в качестве измерительного чувствительного элемента, а диффузионное сопротивление соединено в мост внутри подложки. Когда подложка деформируется внешней силой, значение сопротивления изменится, и мост будет производить соответствующий несбалансированный выходной сигнал. Подложка (или диафрагма), используемая в качестве пьезорезистивного датчика, в основном представляет собой кремниевую пластину и германиевую пластину. Кремниевый пьезорезистивный датчик, изготовленный из кремниевой пластины, как чувствительный материал, получает все больше внимания, особенно твердый пьезорезистивный датчик, который измеряет давление и скорость, является наиболее распространенным применением.

Применение пьезорезистивных датчиков

 Полезорезистивные датчики широко используются в аэрокосмической, авиационной, навигационной, нефтехимической промышленности, энергетическом машиностроении, биомедицинской инженерии, метеорологии, геологии, сейсмических измерениях и других областях. Давление является критическим параметром в аэрокосмической и авиационной промышленности, требуя высокой точности для измерений как статического, так и динамического давления, локального давления и всего поля давления. Пьезорезистивный датчик является идеальным датчиком для этого аспекта. Например, для измерения распределения давления воздушного потока крыла вертолета, проверки динамического искажения входного отверстия двигателя, пульсирующего давления решетки и дрожания крыла. При измерении центрального давления реактивного двигателя самолета используется специально разработанный кремнийдатчик давления, Его рабочая температура составляет более 500℃. Соответствующий кремниевый датчик давления с точностью до 0,05% используется в системе измерения атмосферных данных Boeing. В испытании модели сокращенной аэродинамической трубы датчик сопротивления давлению может быть плотно установлен на входе аэродинамической трубы и в модели воздухозаборника двигателя.

Диаметр одного датчика составляет всего 2,36 мм, собственная частота составляет до 300 кГц, а нелинейность и гистерезис составляют ± 0,22% от полного диапазона. В биомедицинских аспектах пьезорезистивный датчик также является идеальным инструментом обнаружения. Пьезостатический датчик давления инъекционной иглы с диффузионной кремниевой пленкой толщиной всего 10 микрон и наружным диаметром всего 0,5 мм и датчиками, измеряющими давление в сердечно-сосудистой, внутричерепной, мочевой, маточной и глазной областях. На рисунке 3 представлена структурная схема датчика, используемого для измерения церебрального давления. Пьезорезистивный датчик также эффективно используется при измерении давления взрыва и ударной волны, измерении вакуума, мониторинге и управлении работой двигателя автомобиля, например, для измерения давления в камере пистолета, выстрела ударной волной и другого оружия. Кроме того, пьезорезистивные датчики широко используются при измерении давления в нефтяных скважинах, определении направления бурения и местонахождения подземных герметичных кабелей, а также для измерения расхода и уровня жидкости. С дальнейшим развитием микроэлектронных технологий и вычислительной техники применение пьезорезистивных датчиков будет стремительно развиваться.

 Каковы типичные особенности пьезорезистивных датчиков?

① Коэффициент чувствительности пьезорезистивного датчика в 50-100 раз больше, чем у датчика давления металлической деформации. Иногда выходной сигнал пьезорезистивного датчика можно измерить напрямую, без усилителя.

② Поскольку он использует процесс обработки интегральной схемы, размер структуры небольшой, вес легкий.

③ Высокое разрешение по давлению, позволяет обнаруживать даже небольшое микродавление, например, артериальное давление.

④ Частотная характеристика хорошая, можно измерять пульсовое давление в несколько десятков кГц.

⑤ Поскольку чувствительный элемент силы и элемент обнаружения датчика изготовлены на одной и той же кремниевой пластине, он работает надежно, с высокой комплексной точностью и имеет длительный срок службы.

⑥ Благодаря использованию полупроводникового материала кремниевого производства датчик более чувствителен к температуре, если не использовать температурную компенсацию, его температурная погрешность будет большой.

 Почему пьезорезистивный датчик выдает ошибку температуры? Как компенсировать?

 Существует два типа пьезостатических датчиков: один из них представляет собой адгезивный тензодатчик, изготовленный из сопротивления тела полупроводникового материала для формирования диффузионного сопротивления, созданного на подложке из полупроводникового материала, который называется диффузионным пьезостатическим датчиком.

 На пьезорезистивный датчик сильно влияет температура, что приводит к дрейфу нулевого бита и дрейфу чувствительности, что приводит к температурной погрешности.

 В пьезорезистивном датчике температурный коэффициент диффузионного сопротивления велик, а величина сопротивления изменяется с изменением температуры, что вызывает дрейф нуля датчика.

 Температурный дрейф чувствительности датчика обусловлен коэффициентом пьезосопротивления с температурой. При повышении температуры коэффициент пьезосопротивления уменьшается, и чувствительность датчика снижается; в противном случае чувствительность увеличивается.

 Нулевой температурный дрейф можно компенсировать с помощью последовательного и параллельного сопротивления.

 Температурный дрейф чувствительности компенсируется применением последовательных диодов в силовой цепи моста.

 Кроме того, пьезорезистивный датчик также может подключать четыре диффузионных сопротивления ко всему мосту, чтобы уменьшить влияние температуры, можно использовать источник постоянного тока.

 Видно, что выходной сигнал моста пропорционален изменению сопротивления, то есть пропорционален измеренному току, а также току источника питания. Выходное напряжение связано с величиной и точностью тока источника постоянного тока, но не имеет ничего общего с температурой, поэтому источник постоянного тока обладает хорошим эффектом температурной компенсации.

Отказ от ответственности: Эта статья воспроизводится с целью предоставления дополнительной информации. Если есть какая-либо ошибка в маркировке источника или нарушение ваших законных прав и интересов, свяжитесь с нами, мы исправим и удалим ее вовремя, спасибо.