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知识中心应变片的工作原理 半导体应变片工作原理是什么？
2019-08-18 16:29:52
来源：朵拉利品网
1, 半导体应变片工作原理是什么？
半导体应变片 在受到应力作用时，其电阻会发生相应的变化，因此可制做测力传感器，广泛应用于自动衡器及力、速度等的测量。半导体应变片有以下几种类型：1）体型半导体应变片 这是一种将半导体材料硅或锗晶体按一定方向切割成的片状小条，经腐蚀压焊粘贴在基片上而成的应变片。2）薄膜型半导体应变片 这种应变片是利用真空沉积技术将半导体材料沉积在带有绝缘层的试件上而制成。3）扩散型半导体应变片将P型杂质扩散到N型硅单晶基底上，形成一层极薄的P型导电层，再通过超声波和热压焊法接上引出线就形成了扩散型半导体应变片。图2.1.4为扩散型半导体应变片示意图。这是一种应用很广的半导体应变片
2, 电阻应变片工作及测量原理
电阻应变片也称电阻应变计，简称应变片或应变计，是由敏感栅等构成用于测量应变的元件。它能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化。电阻应变片是由Φ=0.02-0.05mm的康铜丝或镍铬丝绕成栅状（或用很薄的金属箔腐蚀成栅状）夹在两层绝缘薄片中（基底）制成。用镀银铜线与应变片丝栅连接，作为电阻片引线。 电阻应变片的工作原理是基于应变效应。电阻应变片的测量原理为：金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度，横截面积有关。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。dR/R=Ks*ε其中，Ks为材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类丝材电阻应变片效应显着与否。ε为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变，常用符号με表示。由此可知，金属丝在产生应变效应时，应变ε与电阻变化率dR/R成线性关系，这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论基础。电阻应变片的粘贴步骤 ●检查：外观、电阻值、修整●试件表面处理：光洁度要求、划定位线●粘贴：厚度、方法●固化处理●粘贴质量的检查：电阻值和绝缘电阻值●接线端子的焊接、导线的固定●防潮处理电阻应变片的种类 （1）丝绕式用电阻丝盘绕电阻片称为丝绕式电阻片，目前广泛使用的有半圆弯头平绕式，这种电阻片多用纸底和纸盖，价格低廉，适于实验室广泛使用，缺点是精度较差，横肉向效应系数较大。(2)短接式这种电阻片的制作比较容易，在一排拉直的电阻丝之间，在预定的标距上用较粗的导线相间地造成短路，这种电阻片有用纸底的，也有用胶底的。短路接式电阻片的优点是几何形状比容易于保证，而且横向效应系数近于零。(3)箔式电阻片它是在合金箔（康铜箔或镍铬箔）的一面涂胶形成胶底，然后在箔面上用照相腐蚀成形法制成的，所以几何形状和尺寸非常精密，而且由于电阻丝部分是平而薄的矩形截面，所以粘贴牢固，丝的散热性能好，横向效应系数也较低，和丝绕式应变片相比，箔式片有下列优点：a.随着光刻技术的发展，箔式片能保证尺寸准确、线条均匀，故灵敏系数分散性小。尤其突出的是能制成栅长很小（如 0.2mm）或敏感栅图案特殊的应变片。b.箔式片栅丝截面为矩形，故栅丝周表面积大，因而散热性好。这样，在相同截面积下，允许通过的电流较丝绕式片的大（φ 0.025mm 的康铜比绕式应变片允许电流以约35Ma，箔式片可大几倍），使测量电路有输出较大信号的可能。另外，表面积大使附着力增加，有利于变形传递，因而增加了测量的准确性。c.箔式片敏感栅横向部分的线条宽度比纵向部分的大得多，因而单位长度的电阻（ζ），也小很多，使箔式片横向效应很小。d.箔式片均为胶基，故绝缘性好，蠕
3, 电阻应变片与半导体应变片的工作原理有何区别？各有何特点？
电阻应变片的工作原理 金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示： R=ρ*L/S 式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m） S——导体的截面积（cm2） L——导体的长度（m） 我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情 2、陶瓷压力传感器原理及应用 抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥（闭桥），由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0~70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。 陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40~135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度 1、应变片压力传感器原理与应用 力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。 在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。 金属电阻应变片的内部结构 如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。半导体应变片的工作原理在由半导体应变片组成的传感器中，由四个应变片组成全桥电路，将四个应变片粘贴在弹性元件上，其中两个在工作时受拉伸，而另虾两个则受压缩，这样可以使电桥输出的灵敏度最高。由于电桥的供电电源既可采用恒流源，也可采用恒压源，所以桥路输出的电压与应变片阻值变化的关系也就不同。 对于恒压源来说，其关系是： UouT=U.△R/(R+△R1) 式中：UouT---电桥输出电压（V）; U------电桥供电电压（V）； △R-----应变片阻值变化量（Ω）； △R1----应变片由于环境温度变化而产生的阻值变化量（Ω）； R------应变片阻值（Ω）。 上式说明电桥输出电压与AR/R成正比，同时也说明采用恒压源供电时，桥路输出电压受环境温度的影响。 对恒流源来讲，其关系是： UOUT=I.△R 式中：I一一电桥的供电电流（A） 上式说明电桥输出电压与△R成正比，且环境温度的变化对其没有影响。
4, 金属应变片与半导体应变片的工作原理有何区别,各有何优缺点
金属应变片电阻变化主要尤其结构尺寸变化所致，而半导体是利用半导体的物理效应即压阻效应工作的，金属应变片的优点1.结构简单频率特性好，2，价格低廉品种多样，3可在高（低）温、高速、高压、强烈振动、强磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下正常工作，缺点：具有非线性，输出信号微弱，抗干扰能力较差，因此信号线需要采取屏蔽措施；只能测量一点或应变栅范围内的平均应变，不能显示应力场中应力梯度的变化等；不能用于过高温度场合下的测量。半导体应变片的优点：1，灵敏度高，工作频带宽，机械迟滞小，分辨力高，缺点；温度稳定性差，灵敏度离散性大，非线性误差大
相关概念
应变
“应变”是我国古代兵法著作《吴子》 里的第五篇。
半导体
半导体（Semiconductor）是一种电导率在绝缘体至导体之间的物质，其电导率容易受控制，可作为信息处理的元件材料。从科技或是经济发展的角度来看，半导体非常重要。很多电子产品，如计算机、移动电话、数字录音机的核心单元都是利用半导体的电导率变化来处理信息。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。
扩散
扩散（拼音：kuò sàn），是指扩大分散出去。扩散可以分类为很多不同种类的扩散，其需要和状态大体不相同。有些扩散需要介质，而有些则需要能量。因此不能将不同种类的扩散一概而论。
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