什么是壓力傳感器

力敏傳感器是使用最廣泛的一種傳感器，它是檢測氣體、液體、固體等所有物質間作用力能量的總稱，也包括測量高于大氣壓的壓力計以及測量低于大氣壓的真空計。力敏傳感器的種類甚多、傳統的測量方法是利用彈性元件的形變和位移來表示，但它的體積大、笨重、輸出非線性。隨著微電子技術的發展，用半導體材料的壓阻效應和良好的彈性，研制出半導體力敏傳感器，主要有硅壓阻式和電容式兩種，它們具有體積小、重量輕、靈敏度高等優點，因此半導體力敏傳感器得到廣泛應用。當對一塊半導體在某一晶向上施加應力時，其電阻率會產生一定的變化。這種導體電阻率變化和應力之間的相互關系稱為半導體壓阻效應，利用此效應制成的力學量傳感器稱為壓阻式力敏傳感器，它有兩種類型，一類是將半導體應變計粘貼在彈性元件上制成的傳感器，稱為粘貼型壓阻式傳感器，另一類是在半導體材料的基片上用集成電路工藝制成的擴散電阻，使應變計與硅襯底形成同一整體的傳感器，稱為擴散型壓阻式傳感 器。

粘貼型壓阻式力敏傳感器由四只半導體應變片接成全橋形式，用粘合劑貼在彈性元件上構成，它具有很高的應變靈敏系數，一般為20～200，因此輸出高，輸出靈敏度一般為15～0mV/V，但易發生零點漂移與蠕變，同時還存在半導體應變片和彈性元件熱膨脹所帶來的溫度漂移等影響。擴散型壓阻式力敏傳感器大都采用單晶硅和半導體平面工藝制成的。一般以N 型硅為襯底，采用氧化、擴散等工藝將硼原子沿給定的晶向擴散到n 型硅襯底材料中，形成P 型擴散層。結果硼擴散區便形成應變電阻，并用襯底形成一個整體，當它受到壓力作用時，應變電阻發生變化，從而使輸出發生變化。壓阻式力敏傳感器有靈敏度高、精度高、體積小、重量輕、工作頻率高、結構簡單、工作可靠、壽命長等特點。

電容式力敏傳感器近來得到了迅速發展，這種傳感器的核心部分是對壓力敏感的電容器。力敏電容器的電容量是由電極面積和兩個電極間的距離決定。當硅膜片兩存在壓力差時，硅膜片產生形變，電容器極板間的間距發生變化，從而引起電容量的變化。這樣，電容變化量與壓差有關，因此，就可作為力敏傳感器。它與壓阻式力敏傳感器相比，具有靈敏度高、溫度穩定性好、壓力量程大等特點。表5-1 是按工作原理對力敏傳感器進行分類，本章主要介紹半導體應變片構成的力敏傳感器的應用技術。