1.压阻效应

压阻效应是指当半导体材料在某一方向承受应力时，其电阻率（或电阻）发生变化的现象。当半导体（单晶硅）材料受到外力作用，产生肉眼无法察觉的极微小应变，其原子结构内部的电子能级状态发生变化，从而导致其电阻率剧烈的变化，由这种材料制成的电阻的阻值会出现极大的变化。

利用压阻效应原理，在单晶硅片上，沿特定晶向制成应变电阻，构成直流电桥，并同时利用硅的弹性力学特性，在同一硅片上进行特殊的机械加工，制成集应力敏感与力电转换于一体的力学量传感器，称为压阻式固态压力传感器。

图2-7  常见的压阻式固态压力传感器

2．压阻式固态压力传感器的结构和工作原理

      （a）硅膜片及应变片                      （b）等效电路

图2-8  压阻式固态压力传感器

压阻式固态压力传感器由外壳、硅膜片和引出线等组成。硅膜片是传感器中感受压力的部分，该膜片上有四个阻值相等的应变电阻，其中R1和R4位于膜片中央，R2和R3位于膜片的边缘，将四个应变电阻接入直流电桥，构成全桥工作方式。  

当硅膜片两端压力相等时，膜片不发生变形，四个应变电阻相等，电桥输出电压为零。

当膜片两端压力不等时，膜片产生变形，产生机械变形，引起应变电阻阻值变化。当四个电阻阻值发生变化时，电桥失去平衡，输出电压。此时直流电桥的输出电压与膜片两侧的压差成正比。

压阻式固态压力传感器测量准确度受到温度的影响， 由于采用恒压源供电的直流电桥输出电压与ΔR / R成正比，输出电压受环境温度的影响。而采用恒流源供电的电桥输出电压与ΔR成正比，环境温度的变化对其没有影响。故压阻式固态压力传感器通常采用恒流源供电方式。                    

             实训2-4压阻式压力传感器的特性实验

1、实验目的

（1）了解扩散硅压阻式传感器测量压力的方法。

（2）掌握扩散硅压阻式传感器及其转换电路的工作原理。

2、实验所用单元

压阻式压力传感器（如图2-34所示）、压阻式压力传感器转换电路板（如图2-35所示）、橡皮气囊、储气箱、三通连接导管、压力表、位移台架、直流稳压电源、数字电压表。

3、实验原理及电路

扩散硅式压阻式压力传感器，在单晶硅的基片扩散出P型或N型电阻条，接成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生变化，引起电阻的变化，将这一变化引入测量电路，通过输出电压可以测量出其所受的压力大小。测量电路如图2-36所示，其中RP₁用于调节放大倍数，RP₂用于调节零点。

4、实验步骤

（1）固定好位移台架，将压力传感器放在台架的圆孔中。

（2）按照图2-36所示，将压力传感器上的插头连接至转换电路板上的插座。转换电路板的输出连接至数字电压表。

（3）按照图2-37连接管路。

（4）打开橡皮囊上的单向阀，接通电源，调节转换电路板上的RP₂使输出电压为零。

（5）拧紧单向阀，轻按加压皮囊，注意不要用力过大，使压力表显示30Kpa，调节RP₁使输出电压为3V。

（6）重复步骤4和步骤5，使得压力为0时输出电压为0V，压力为30Kpa时，输出电压为3V。

（7）拧紧单向阀，开始加压，每上升2Kpa读取输出电压，并记入表2-4中。

表 2-4                                   

5、实验报告

（1）根据表2-4的实验数据，画出压力传感器的特性曲线，并计算精度与非线性误差。

（2）如果测量真空度，需要对本实验装置进行怎样的改进？

6、实验连线图：

  实验连线图如图2-38所示。

根据刚才的实验结果，考虑一下，能不能对压阻式压力传感器的气路做一下小的修改，将其变成能够测量表压的压力传感器的？（提示：表压是指相对于大气压的压力）。