四川省南充市营山县光度计外校第三方仪器检测机构
仪器检测服务有限公司2012年由广东世通出资2000余万元在江苏昆山成立,地址位于江苏昆山市昆嘉路379号。
有些固体材料在某一轴向受到外力作用时,除了产生变形外,其电阻率ρ也要发生变化,这种由于应力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为压阻效应。半导体材料的压阻效应特别强。利用压阻效应制成的传感器称为压阻式传感器。
压阻式传感器的灵敏系数大,分辨率高,频率响应好,体积小。它主要用于测量压力、加速度和载荷等参数。
1、压阻式传感器的分类
压阻式传感器是利用半导体材料的压阻效应而制成的一种纯电阻性元件。它主要有三种类型:体型、薄膜型和扩散型。
1)体型压阻传感器
利用半导体材料电阻制成粘贴式的应变片(半导体应变片),用此应变片制成的传感器称为半导体应变式传感器,其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。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,其结构如图。
当前主流行业应用中的高端仪器设备,国内被排斥在外。高端仪器有着很高的附加值和商业利润,常常是一只进口的便携式仪器箱容纳的设备价值过100 万RMB,甚至更多,而一套大型的国产仪器设备只有相对低廉的利润。高端仪器设备的高额利润建立在高技术含量的基础上,因为利润高,保证了后续研发有充足的资金投入,形成了良性循环。与此形成反差的是,国内建立在原材料和人力成本优势基础上的仪器设备,必然利润微薄,继而造成研发投入不足,严重制约着我国测试计量技术及仪器设备的进一步发展。
3)扩散型压阻传感器
扩散型压阻传感器是在半导体材料的基片上利用集成电路工艺制成扩散电阻。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。
它是一种应用很广的半导体应变片。扩散型压阻传感器的基片是半导体单晶硅。
2、压阻式传感器的工作原理
1)工作原理
压阻式传感器是用半导体材料制成的,其工作原理是基于半导体材料的压阻效应,当半导体应变片受轴向力作用时,其电阻率 发生变化。其电阻相对变化为:
新的测量问题不断出现和*终解决有赖于传感原理和测量传感器研究的创新。综合目前国内外研究状况,该领域大致有两方面主要工作:(1)研究开发全新传感器原理和传感器;(2) 深入研究和改进已有的传感原理和传感器,以获得更好的性能。前者如近年来获得广泛关注的基于MEMS 工艺的集成多参数传感器、耐高温压力传感器、微惯性传感器、光纤传感器等;后者如电容、电感、电涡流、光栅尺、磁栅尺、观测型扫描电镜、激光干涉仪等传统传感器的深入原理研究和性能改进措施。
2、测试计量技术应该符合现代制造的要求
传统的制造系统中,制造和检测常常是分离的,测量环境和制造环境不一致,测量的目的是判断产品是否合格,测量信息对制造过程无直接影响。现代制造业已呈现出和传统制造不同的设计理念、制造技术,测量技术应当从传统的非现场、“事后”测量,进入制造现场,参与到制造过程,实现现场在线测量。现场、在线测量的共同问题包括非接触、快速测量传感器研制与开发、测量系统及其控制、测量设备与制造设备的集成几方面。近年来数字化测量的迅速发展为*制造中的现场、非接触测量提供了有效解决方案,多尺寸视觉在线测量、数码柔性坐标测量、机器人测量机、三维形貌测量等数字化测量原理、技术与系统的研究取得了显著的研究成果,并获得成熟的工业应用。
用应变片测量应变或应力时,在外力作用下,被测对象产生微小机械变形,应变片随着发生相同的变化,同时应变片电阻值也发生相应变化。半导体应变片与金属应变片相比,*突出的优点是它的体积小而灵敏度高。
2)温度误差及补偿
由于半导体材料对温度很敏感,压阻式传感器的电阻值及灵敏度系数随温度变化而发生变化,引起的温度误差分别为零漂和灵敏度温漂。压阻式传感器一般在半导体基片上扩散四个电阻,当四个扩散电阻的阻值相等或相差不大、电阻温度系数也相同时,其零漂和灵敏度温漂都会很小,但工艺上难以实现。由于温度误差较大,压阻式传感器一般都要进行温度补偿。
3、压阻式传感器的应用
利用半导体压阻效应,可设计成多种类型的压阻式传感器。压阻式传感器体积小,结构比较简单,灵敏度高,能测量十几微帕的微压,动态响应好,长期稳定性好,滞后和蠕变小,频率响应高,便于生产,成本低。因此,它在测量压力、压差、液位物位、加速度和流量等方面得到了普遍应用。
1)压力测量
硅压阻式压力传感器由外壳、硅膜片(硅杯)和引线等组成。
(三)周期强检的仪器计量根据相关的计量法规,由强检计量的机构按照规程进行周期确定,在两次校准之间对计量器具运行加强检查,使用具有可信度且适当的方式对正在使用的计量器进行检查,在两次校准的间隔时间内,就是运行检查,这种检查方式能够基木辨别计量器具的工作状态是否良好。
三、调整仪器校准的周期
在确定仪器校准周期以后,要*行若干周期的试用,再考核,考核办法就看统计周期的合格率是否是规定的范围以内,如果在范围内,认定评定合理,如果不在范围中,视为周期评定不够合理,也能够依照计量的器具抽检的合格率对周期评定合理与否进行考核。
能够依照实际的周期检查合格率对周期合理性进行分析,偏长还是过短。很明显的,周期偏长即可缩短,偏短就要适当的加长,调整单位是“月”,通常可以三个月向四个月或者六个月调整,六个月向九个月或者十二个月调整,十二个月向十八个月或者二十四个月调整,缩短周期也是如此。
随着集成化技术的发展,集成化、多功能化、智能化的各类混合集成和单片集成式传感器被广泛应用。集成化传感器有压阻式、电容式类型,其中压阻式集成化传感器发展快、应用广。
3)加速度测量
它的悬臂梁直接用单晶硅制成,在悬臂梁的根部扩散四个阻值相同的电阻,构成差动全桥。在悬臂梁的自由端装一质量块,当传感器受到加速度作用时,由于惯性,质量块使悬臂梁发生形变而产生应力,该应力使扩散电阻的阻值发生变化,由电桥的输出信号可获得加速度的大小。
实验室地址
东莞部:广东省东莞市道滘镇厚德上梁洲工业区四横路7号
:江苏省苏州市昆山开发区昆嘉路379号
重庆世通:重庆市北碚区万宝大道184号3楼
cyx19941995xhy