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半導(dǎo)體應(yīng)變片
閱讀�6238�(shí)間:2022-02-22 16:23:23

    半導(dǎo)��(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏系數(shù)大,�(jī)械滯后小,阻值范圍大,橫向效�(yīng)小等特點(diǎn)�?主要用于測量�(yīng)力分布,以及作為各種傳感�的力-電轉(zhuǎn)換元�.在由半導(dǎo)體應(yīng)變片組成的傳感器�,由四�(gè)�(yīng)變片組成全橋電路,將四�(gè)�(yīng)變片粘貼在彈性元件上,其中兩�(gè)在工作時(shí)受拉�,而另蝦兩�(gè)則受壓縮,這樣可以�電橋輸出的靈敏度最�。由于電橋的供電電源既可采用恒流�,也可采用恒壓源,所以橋路輸出的電壓與應(yīng)變片阻值變化的�(guān)系也就不��

概念

    利用半導(dǎo)體單晶硅的壓阻效�(yīng)制成的一種敏感元件,又稱半導(dǎo)體應(yīng)變片。壓阻效�(yīng)是半�(dǎo)體晶體材料在某一方向受力�(chǎn)生變形時(shí)材料的電阻率�(fā)生變化的�(xiàn)象(見壓阻式傳感器)。半�(dǎo)體應(yīng)變片需要粘貼在試件上測量試件應(yīng)變或粘貼在彈性敏感元件上間接地感受被測外�。利用不同構(gòu)形的彈性敏感元件可測量各種物體的應(yīng)�、應(yīng)�、壓�、扭�、加速度等機(jī)械量。半�(dǎo)體應(yīng)變片與電阻應(yīng)變片(見電阻應(yīng)變片相比,具有靈敏系�(shù)高(約高 50�100倍)、機(jī)械滯后小、體積小、耗電少等�(yōu)�(diǎn)。P型和N型硅的靈敏系�(shù)符號相反,適于接成電橋的相鄰兩臂測量同一�(yīng)�。早期的半導(dǎo)體應(yīng)變片采用�(jī)械加�、化�(xué)腐蝕等方法制成,稱為體型半導(dǎo)體應(yīng)變片。它的缺�(diǎn)是電阻和靈敏系數(shù)的溫度系�(shù)大、非線性大和分散性大�。這曾限制了它的應(yīng)用和�(fā)�。自70年代以來,隨著半�(dǎo)體集成電路工藝的迅速發(fā)�,相繼出�(xiàn)�(kuò)散型、外延型和薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片,上述缺�(diǎn)得到一定克�。半�(dǎo)體應(yīng)變片主要�(yīng)用于飛機(jī)、導(dǎo)彈、車�、船�、機(jī)床、橋梁等各種�(shè)備的�(jī)械量測量�

常用種類

    體型半導(dǎo)體應(yīng)變片

    這種半導(dǎo)體應(yīng)變片是將單晶硅錠切片、研�、腐蝕壓焊引�,后粘貼在鋅酚醛樹脂或聚酰亞胺的襯底上制成的。體型半�(dǎo)體應(yīng)變片可分�6��

    ①普通型:它適合于一般應(yīng)力測��

    ②溫度自�(dòng)�(bǔ)償型:它能使溫度引起的導(dǎo)致應(yīng)變電阻變化的各種因素自動(dòng)抵消,只適用于特定的試件材料;③靈敏度補(bǔ)償型:通過選擇適當(dāng)?shù)囊r底材料(例如不銹鋼),并采用�(wěn)流電�,使溫度引起的靈敏度變化�?�?/p>

    ④高輸出(高電阻)型:它的阻值很高(2�10千歐�,可接成電橋以高電壓供電而獲得高輸出電壓,因而可不經(jīng)放大而直接接入指示儀��

    ⑤超線性型:它在比較寬的�(yīng)力范圍內(nèi),呈現(xiàn)較寬的應(yīng)變線性區(qū)域,適用于大�(yīng)變范圍的場合�

    ⑥P-N組合溫度�(bǔ)償型:它選用配對的P型和N型兩種轉(zhuǎn)換元件作為電橋的相鄰兩臂,從而使溫度特性和非線性特性有較大改善�

    薄膜型半�(dǎo)體應(yīng)變片

    這種�(yīng)變片是利用真空沉積技�(shù)將半�(dǎo)體材料沉積在

    帶有絕緣層的試件上或�(lán)寶石上制成的。它通過改變真空沉積�(shí)襯底的溫度來控制沉積層電阻率的高�,從而控制電阻溫度系�(shù)和靈敏度系數(shù)。因而能制造出適于不同試件材料的溫度自�(bǔ)償薄膜應(yīng)變片。薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片吸收了金屬應(yīng)變片和半�(dǎo)體應(yīng)變片的優(yōu)�(diǎn),并避免了它的缺�(diǎn),是一種較理想的應(yīng)變片�

    �(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片

    這種�(yīng)變片是將 P型雜�(zhì)�(kuò)散到一�(gè)高電阻N�

    硅基底上,形成一層極薄的P型導(dǎo)電層,然后用超聲波或熱壓焊法焊接引線而制�。它的優(yōu)�(diǎn)是穩(wěn)定性好,機(jī)械滯后和蠕變�,電阻溫度系�(shù)也比一般體型半�(dǎo)體應(yīng)變片小一�(gè)�(shù)量級。缺�(diǎn)是由于存在P-N�(jié),當(dāng)溫度升高�(shí),絕緣電阻大為下降。新型固�(tài)壓阻式傳感器中的敏感元件硅梁和硅杯等就是用擴(kuò)散法制成��

    外延型半�(dǎo)體應(yīng)變片

    這種�(yīng)變片是在多晶硅或�(lán)寶石的襯底上外延一層單晶硅而制成的。它的優(yōu)�(diǎn)是取消了P-N�(jié)隔離,使工作溫度大為提高(可達(dá)300℃以�)�


�(yōu)缺點(diǎn)

    半導(dǎo)體應(yīng)變片突出的優(yōu)�(diǎn)是靈敏度�,這為它的�(yīng)用提供了有利條件。另外,由于�(jī)械滯后小、橫向效�(yīng)小以及它本身體積小等特點(diǎn),擴(kuò)大了半導(dǎo)體應(yīng)變片的使用范��

    其大的缺�(diǎn)是溫度穩(wěn)定性差、靈敏度離散程度大(由于晶向、雜�(zhì)等因素的影響)以及在較大�(yīng)變作用下非線性誤差大等,給使用帶來一定困��

    


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