壓力傳感器分類及原理

壓力傳感器的類型：

01應變式壓力傳感器

應變式壓力傳感器是一種通過測量各種彈性元件的應變來間接測量壓力的傳感器。根據制作材料的不同，應變元件可以分為金屬和半導體兩大類。應變元件的工作原理基于導體和半導體的“應變效應”，即當導體和半導體材料發生機械變形時，其電阻值將發生變化。

當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發生變化，其電阻值即會發生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。只要測出加在電阻兩端的電壓的變化，即可獲得應變金屬絲的應變情況。

02壓阻式壓力傳感器

壓阻壓力傳感器是指利用單晶硅材料的壓阻效應和集成電路技術制成的傳感器。單晶硅材料在受到力的作用后，電阻率發生變化，通過測量電路就可得到正比于力變化的電信號輸出。它又稱為擴散硅壓阻壓力傳感器，它不同于粘貼式應變計需通過彈性敏感元件間接感受外力，而是直接通過硅膜片感受被測壓力的。

壓阻壓力傳感器主要基于壓阻效應（Piezoresistive effect）。壓阻效應是用來描述材料在受到機械式應力下所產生的電阻變化。不同于壓電效應，壓阻效應只產生阻抗變化，并不會產生電荷。

大多數金屬材料與半導體材料都被發現具有壓阻效應。其中半導體材料中的壓阻效應遠大于金屬。由于硅是現今集成電路的主要原料，以硅制作而成的壓阻性元件的應用就變得非常有意義。硅的電阻變化不單是來自與應力有關的幾何形變，而且也來自材料本身與應力相關的電阻，這使得其程度因子大于金屬數百倍之多。N型硅的電阻變化主要是由于其三個導帶谷對的位移所造成不同遷移率的導帶谷間的載子重新分布，進而使得電子在不同流動方向上的遷移率發生改變。其次是由于來自與導帶谷形狀的改變相關的等效質量(effective mass)的變化。在P型硅中，此現象變得更復雜，而且也導致等效質量改變及電洞轉換。

壓阻壓力傳感器一般通過引線接入惠斯登電橋中。平時敏感芯體沒有外加壓力作用，電橋處于平衡狀態（稱為零位），當傳感器受壓后芯片電阻發生變化，電橋將失去平衡。若給電橋加一個恒定電流或電壓電源，電橋將輸出與壓力對應的電壓信號，這樣傳感器的電阻變化通過電橋轉換成壓力信號輸出。電橋檢測出電阻值的變化，經過放大后，再經過電壓電流的轉換，變換成相應的電流信號，該電流信號通過非線性校正環路的補償，即產生了輸入電壓成線性對應關系的4～20mA的標準輸出信號。

為減小溫度變化對芯體電阻值的影響，提高測量精度，G+F傳感器都采用溫度補償措施使其零點漂移、靈敏度、線性度、穩定性等技術指標保持較高水平。