了解压阻传感器的原理及温度效应

介质压力通过不锈钢隔离膜片、密封硅油，传输到扩散硅膜片上。同时参考端的压力（大气压、绝压或密封压）作用于膜片的另一侧。这样在膜片两边加上差压产生一个应力，使膜片的一侧压缩，另一侧拉伸，两个应变电阻片位于压缩区内，另两个应变电阻位于拉伸区，在电气性能上，它们连接成一个全动态单臂电桥，以增大输出信号。

单臂电桥采用恒流源供电，这样电桥的输出不受温度的影响。单臂电桥检测出电阻的变化后，经过差分放大器，输出信号再经过电压电流的转换，变换成相应的电流，该电流信号通过非线性矫正电路的补偿，即产生与输入信号成线性关系的DC 4～20mA标准输出信号。

应力作用到半导体材料上，除会产生形变外，材料的电阻率亦随之而变。这种由于应力作用而使材料电阻率改变的现象称为压阻效应。压阻引起的电阻率（ΔR/R）与压阻系数及应力有关。

压阻式扩散硅变送器的核心是扩散硅敏感元件。图3-3-2为EG＆G，IC Sensors公司TO—8系列的压力传感器，在硅膜片上用离子注入和激光修正方法形成4个阻值相等的扩散电阻。应用中将其接成单臂电桥形式，如图3-3-2 b所示，其中图3-3-2 a为传感器的物理结构。电桥由恒压源U_s或恒流源I激励。通过MEMS技术在硅膜片上形成一个压力室，它与取压口相通，另一侧与大气相连，或做成标准的真空室。膜片两端加上一个差压就会产生应力场，使得膜片的一部分压缩而另一部分拉伸。其中两个电阻位于膜片的压缩区，而另两个电阻位于膜片的拉伸区，桥路输出电压U₀的大小反映了膜片所受的压力差。

扩散硅传感器的弱点是温度效应。环境温度的变化将引起零位、满度、应力灵敏度的变化。因此在单臂电桥中通过电阻的串并方法可使温度影响减至最小。为此有些厂家在传感器组件中提供了若干校正用的附加电阻，这些电阻用激光刻蚀而成，与传感电阻封装成一体。

根据扩散硅压力传感器使用要求的不同，其使用的封装材料与结构也大不一样。图3-3-2为其中的一种。目前厂商提供的种类很多，外壳材料有尼龙、陶瓷、不锈钢等。封装结构有双列直插，表面安装，印制电路板及隔离膜等。压力接口有导管及螺纹连接等。(www.xing528.com)

图3-3-2 TO—8系列压力传感器

a）传感器的物理结构 b）传感器的单臂电桥 c）传感器的封装结构

1—金属材料 2—硼酸玻璃衬 3—静电粘接 4—金属接触 5—硅膜片 6—硅压力感应膜片 7—扩散电阻 8—低电阻率的硅连接 9—顶部取压口 10—密封处 11—金属连接层 12、13—TO—8头 14—底部取压口 15—引脚 16—带激光刻蚀电阻的陶瓷基片