半导体压力传感器有什么优点(采用半导体技术的压力传感器被广泛应用于哪个领域)

海潮机械 2023-01-04 17:39 编辑:admin 274阅读

1. 采用半导体技术的压力传感器被广泛应用于哪个领域

力敏传感器测量原理:电阻应变式传感器是通过弹性敏感元件将外部的应力转换成应变ε,再根据电阻应变效应,由电阻应变片将应变转换成电阻值的微小变化,通过测量电桥转换成电压或电流的输出。

力敏传感器是将应力、压力等力学量转换成电信号的转换器件。力敏传感器有电阻式、电容式、电感式、压电式和电流式等多种形式,它们各有优缺点。半导体压力传感器的主要技术性能:输出3~20mV/V; 精度0.25%; 频率0~ 5000Hz; 工作温度-55~120摄氏度。这种传感器的优点是体积小、成本低,缺点是对湿度十分敏感。压电式力敏传感器的优点是灵敏度高,工作温度范围宽(-70~250摄氏度),缺点是成本稍高。近年来,压电式力敏传感器的应用领域和市场销售额明显扩大。

1、压阻式传感器

压阻式传感器是通过扩散工艺将四个半导体应变电阻制作在同一硅片上,利用半导体材料的压阻效应制成的传感器。它由于工艺一致性好,灵敏度相等,因此漂移抵消,迟滞、蠕变非常小,动态响应快,测量精度高、稳定性好、温度范围宽、易小型化、能批量生产和使用方便。

工作原理:压阻式传感器的工作主要基于压阻效应,而压阻效应是在半导体材料上施加作用力时,其电阻率将发生显著变化的现象。

2、压阻式压力传感器

固态压阻式压力传感器的传感器硅膜片两边有两个压力腔。一个是和被测压力相连接的高压腔,另一个是低压腔,和大气相通。

3、压电式传感器

压电式传感器是基于某些材料受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器。它是一种典型的有源传感器,又称自发电式传感器。它具有体积小,重量轻,频率宽,灵敏度高,结构简单,工作可靠等特点。

工作原理:当某些晶体或多晶体陶瓷在一定的方向上受到外力作用时,在某两个对应的晶面上,会产生符号相反的电荷。当外力消失时,电荷也消失;当外力改变方向时,两晶面上的电荷符号也随之改变。

压电传感器就是以压电效应为基础,将力学量转换为电量的器件。

典型的具有压电效应的物质有石英晶体、压电陶瓷和高分子压电材料等。

4、压电式加速度传感器

当传感器感受振动时,质量块感受与传感器基座相同的振动,并受到与加速度方向相反的惯性力的作用。这样,质量块就有一正比于加速度的交变力作用在压电片上。由于压电片压电效应,两个表面上就产生交变电荷,当振动频率远低于传感器的固有频率时,传感器的输出电荷(电压)与作用力成正比,亦即与试件的加速度成正比。

2. 下列不属于传感器中常用半导体材料的是

它的分类主要包括以下8类:

1、按输入量即测量对象的不同分:

如输入量分别为:温度、压力、位移、速度、湿度、光线、气体等非电量时,则相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、称重传感器等。

2、按工作(检测)原理分类:

检测原理指传感器工作时所依据的物理效应、化学效应和生物效应等机理。有电阻式、电容式、电感式、压电式、电磁式、磁阻式、光电式、压阻式、热电式、核辐射式、半导体式传感器等。

3、按照传感器的结构参数在信号变换过程中是否发生变化可分为:

a、物性型传感器:在实现信号的变换过程中,结构参数基本不变,而是利用某些物质材料(敏感元件)本身的物理或化学性质的变化而实现信号变换的。

b、结构型传感器:依靠传感器机械结构的几何形状或尺寸(即结构参数)的变化而将外界被测参数转换成相应的电阻、电感、电容等物理量的变化,实现信号变换,从而检测出被测信号。

如:电容式、电感式、应变片式、电位差计式等。

4、根据敏感元件与被测对象之间的能量关系(或按是否需外加能源)来分:

a、能量转换型(有源式、自源式、发电式):在进行信号转换时不需要另外提供能量,直接由被测对象输入能量,把输入信号能量变换为另一种形式的能量输出使其工作。

如:压电式、压磁式、电磁式、电动式、热电偶、光电池、霍尔元件、磁致伸缩式、电致伸缩式、静电式等传感器。

b、能量控制型(无源式、他源式、参量式):在进行信号转换时,需要先供给能量即从外部供给辅助能源使传感器工作,并且由被测量来控制外部供给能量的变化等。

如:电阻式、电容式、电感式、差动变压器式、涡流式、热敏电阻、光电管、光敏电阻、湿敏电阻、磁敏电阻等。

5、按输出信号的性质分:

a、模拟式传感器:将被测非电量转换成连续变化的电压或电流,如要求配合数字显示器或数字计算机,需要配备模/数(A/D)转换装置。

b、数字式传感器:能直接将非电量转换为数字量,可以直接用于数字显示和计算,可直接配合计算机,具有抗干扰能力强,适宜距离传输等优点。

6、按照传感器与被测对象的关联方式(是否接触)可分为:

a、接触式:如:电位差计式、应变式、电容式、电感式等。

b、非接触式:接触式的优点是传感器与被测对象视为一体,传感器的标定无须在使用现场进行,缺点是传感器与被测对象接触会对被测对象的状态或特性不可避免地产生或多或少的影响。

7、按传感器

3. 下列哪项不是半导体传感器的特点

传感器器的种类很多的,但是优点,我觉得比较重要的是“精度、灵敏度、温漂”,优点就是这些要高精度,高灵明度,低温漂。 推荐你可以去“传感器专家网”上看下他们对传感器的分类,然后每个分类传感器你再了解下他们的参数,数据。多看些资料就会知道怎么去区分了。

4. 半导体气体传感器可分为什么两大类

pn结传感器  根据不同的原理来区分:

  1、按被测物理量分:如:力,压力,位移,温度,角度传感器等;

  2、按照传感器的工作原理分:如:应变式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、光电式传感器等;

  3、按照传感器转换能量的方式分:

  (1)能量转换型:如:压电式、热电偶、光电式传感器等;能量控制型传感器是从外部供给辅助能量使其工作的,并由被测量来控制外部供给能量的变化。

2)能量控制型:如:电阻式、电感式、霍尔式等传感器以及热敏电阻、光敏电阻、湿敏电阻等;能量转换型传感器是直接由被测对象输入能量使其工作的。

4、按照传感器工作机理分:

  (1)结构型:如:电感式、电容式传感器等。

  (2)物性型:如:压电式、光电式、各种半导体式传感器等。

5、按照传感器输出信号的形式分:

  (1)模拟式:传感器输出为模拟电压量;

  (2)数字式:传感器输出为数字量,如:编码器式传感器。

6、根据能量转换原理可分为:

  (1)有源传感器:有源传感器将非电量转换为电能量,如电动势、电荷式传感器等。

  (2)无源传感器:无源传感器不能直接转换能量形式,但它能控制从另一输入端输入的能量或激励能,传感器承担将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。

5. 利用半导体材料制成的压阻式传感器有哪两种类型?

1.电阻式传感器

电阻式传感器是将被测量,如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。

2.变频功率传感器

变频功率传感器通过对输入的电压、电流信号进行交流采样,再将采样值通过电缆、光纤等传输系统与数字量输入二次仪表相连,数字量输入二次仪表对电压、电流的采样值进行运算,可以获取电压有效值、电流有效值、基波电压、基波电流、谐波电压、谐波电流、有功功率、基波功率、谐波功率等参数。

3.称重传感器

称重传感器是一种能够将重力转变为电信号的力→电转换装置,是电子衡器的一个关键部件。

能够实现力→电转换的传感器有多种,常见的有电阻应变式、电磁力式和电容式等。电磁力式主要用于电子天平,电容式用于部分电子吊秤,而绝大多数衡器产品所用的还是电阻应变式称重传感器。电阻应变式称重传感器结构较简单,准确度高,适用面广,且能够在相对比较差的环境下使用。因此电阻应变式称重传感器在衡器中得到了广泛地运用。

4.电阻应变式传感器

传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应,即在外力作用下产生机械形变,从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类,金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高(通常是丝式、箔式的几十倍)、横向效应小等优点。

5.压阻式

压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件,扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时,各电阻值将发生变化,电桥就会产生相应的不平衡输出。

用作压阻式传感器的基片(或称膜片)材料主要为硅片和锗片,硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视,尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。

6.热电阻传感器

热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用最多的是铂和铜,此外,已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。

热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合,这种传感器比较适用。较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等,它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200℃~+500℃范围内的温度。

7.激光传感器

利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表,它的优点是能实现无接触远距离测量,速度快,精度高,量程大,抗光、电干扰能力强等。

6. 半导体式传感器包括

传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

传感器的特点包括:微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。

7. 为什么半导体器件能成为各种传感器件的主流器件

半导体器件是导电性介于良导电体与绝缘体之间,利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子器件,可用来产生、控制、接收、变换、放大信 号和进行能量转换。

半导体器件的半导体材料是硅、锗或砷化镓,可用作整流器、振荡器、发光器、放大器、测光器等器材。为了与集成电路相区别,有时也称为分立器件。绝大部分二端器件(即晶体二极管)的基本结构是一个PN结。

半导体器件(semiconductor device)通常利用不同的半导体材料、采用不同的工艺和几何结构,已研制出种类繁多、功能用途各异的多种晶体二极,晶体二极管的频率覆盖范围可从低频、高频、微波、毫米波、红外直至光波。三端器件一 般是有源器件,典型代表是各种晶体管(又称晶体三极管)。晶体管又可以分为双极型晶体管和场效应晶体管两 类。根据用途的不同,晶体管可分为功率晶体管微波晶体管和低噪声晶体管。除了作为放大、振荡、开关用的 一般晶体管外,还有一些特殊用途的晶体管,如光晶体管、磁敏晶体管,场效应传感器等。这些器件既能把一些 环境因素的信息转换为电信号,又有一般晶体管的放大作用得到较大的输出信号。

8. 所有传感器的材料都是由半导体材料做成的

  集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。  薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的,相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时,同样可将部分电路制造在此基板上。  厚膜传感器是利用相应材料的浆料,涂覆在陶瓷基片上制成的,基片通常是Al2O3制成的,然后进行热处理,使厚膜成形。  陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶、凝胶等)生产。  完成适当的预备性操作之后,已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷传感器这二种工艺之间有许多共同特性,在某些方面,可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变型。  每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投入较低,以及传感器参数的高稳定性等原因,采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。

9. 压电式传感器,即应用半导体

   压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件,扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时,各电阻值将发生变化,电桥就会产生相应的不平衡输出。 用作压阻式传感器的基片(或称膜片)材料主要为硅片和锗片,硅片为敏感 材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视,尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。

     压电式传感器:基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量.