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半导体应变片最突出的优点是灵敏度高,这为它的应用提供了有利条件。另外,由于机械滞后小、横向效应小以及它本身体积小等特点,扩大了半导体应变片的使用范围。
其最大的缺点是温度稳定性差、灵敏度离散程度大(由于晶向、杂质等因素的影响)以及在较大应变作用下非线性误差大等,给使用带来一定困难。
这种半导体应变片是将单晶硅锭切片、研磨、腐蚀压焊引线,最后粘贴在锌酚醛树脂或聚酰亚胺的衬底上制成的。体型半导体应变片可分为6种。
①普通型:它适合于一般应力测量;
②温度自动补偿型:它能使温度引起的导致应变电阻变化的各种因素自动抵消,只适用于特定的试件材料;③灵敏度补偿型:通过选择适当的衬底材料(例如不锈钢),并采用稳流电路,使温度引起的灵敏度变化极小;
④高输出(高电阻)型:它的阻值很高(2~10千欧),可接成电桥以高电压供电而获得高输出电压,因而可不经放大而直接接入指示仪表。
⑤超线性型:它在比较宽的应力范围内,呈现较宽的应变线性区域,适用于大应变范围的场合;
⑥P-N组合温度补偿型:它选用配对的P型和N型两种转换元件作为电桥的相邻两臂,从而使温度特性和非线性特性有较大改善。
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或蓝宝石上制成的(图1)。它通过改变真空沉积时衬底的温度来控制沉积层电阻率的高低,从而控制电阻温度系数和灵敏度系数。因而能制造出适于不同试件材料的温度自补偿薄膜应变片。薄膜型半导体应变片吸收了金属应变片和半导体应变片的优点,并避免了它的缺点,是一种较理想的应变片。
这种应变片是将 P型杂质扩散到一个高电阻N型 硅基底上,形成一层极薄的P型导电层,然后用超声波或热压焊法焊接引线而制成(图2)。它的优点是稳定性好,机械滞后和蠕变小,电阻温度系数也比一般体型半导体应变片小一个数量级。缺点是由于存在P-N结,当温度升高时,绝缘电阻大为下降。新型固态压阻式传感器中的敏感元件硅梁和硅杯等就是用扩散法制成的。
这种应变片是在多晶硅或蓝宝石的衬底上外延一层单晶硅而制成的。它的优点是取消了P-N结隔离,使工作温度大为提高(可达300℃以上)。
利用半导体单晶硅的压阻效应制成的一种敏感元件,又称半导体应变片。压阻效应是半导体晶体材料在某一方向受力产生变形时材料的电阻率发生变化的现象(见压阻式传感器)。半导体应变片需要粘贴在试件上测量试件应变或粘贴在弹性敏感元件上间接地感受被测外力。利用不同构形的弹性敏感元件可测量各种物体的应力、应变、压力、扭矩、加速度等机械量。半导体应变片与电阻应变片(见电阻应变片相比,具有灵敏系数高(约高 50~100倍)、机械滞后小、体积小、耗电少等优点。P型和N型硅的灵敏系数符号相反,适于接成电桥的相邻两臂测量同一应力。早期的半导体应变片采用机械加工、化学腐蚀等方法制成,称为体型半导体应变片。它的缺点是电阻和灵敏系数的温度系数大、非线性大和分散性大等。这曾限制了它的应用和发展。自70年代以来,随着半导体集成电路工艺的迅速发展,相继出现扩散型、外延型和薄膜型半导体应变片,上述缺点得到一定克服。半导体应变片主要应用于飞机、导弹、车辆、船舶、机床、桥梁等各种设备的机械量测量。
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袁希光主编:《传感器技术手册》,国防工业出版社,北京,1986。
半导体特性
实用标准文案 精彩文档 建 平 县 职 业 教 育 中 心 备 课 教 案 课 题 模块(单元)第一章 项目(课) 半导体的主要特征 授课班级 11电子 授课教师 安森 授课类型 新授 授课时数 2 教学目标 知识目标 描述半导体的主要特征 能力目标 能够知道 P型半导体和 N型半导体的特点 情感态度目标 培养学生的学习兴趣,培养学生的爱岗敬业精神 教学核心 教学重点 半导体的主要特征 教学难点 P型半导体和 N型半导体的特点 思路概述 先讲解半导体的特点,再讲 P型半导体和 N型半导体的特点 教学方法 读书指导法、演示法。 教学工具 电脑,投影仪 教 学 过 程 一、组织教学:师生互相问候,安全教育,上实训课时一定要听从老师的指挥,在实训室不要乱动电源。 二、复习提问:生活中哪些电子元器件是利用半导体制作出来的? 三、导入新课: 我们的生活中根据导电能力的强弱可以分成哪几种, 这节课我
泰德半导体
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上编 实验指导
实验1 箔式应变片的单臂电桥性能
实验2 金属箔式应变片的单臂、半桥、全桥的性能比较
实验3 金属应变片的温度补偿
实验4 半导体应变片的温度补偿
实验5 箔式应变片与半导体应变片性能比较
实验6 金属箔式应变片的交流全桥实验
实验7 电子秤标定与称重
实验8电容传感器特性实验
实验9 移相器实验
实验10 差动变压器的标定
实验11 差动变压器零位电压的补偿
实验12 相敏检波器实验
实验13 差动变压器的应用--振动测量
实验14 电涡流式传感器的静态标定
实验15 被测材料对电涡流传感器特性的影响
实验16 电涡流传感器的应用--振幅测量
实验17 差动螺管式电感传感器
实验18 差动螺管式电感传感器位移测量
实验19 差动螺管式电感传感器振幅测量
实验20 激励频率对电感传感器的影响
实验21 霍尔传感器的直流激励特性
实验22 霍尔传感器的交流激励特性
实验23 霍尔传感器的应用--振幅i贝4量
实验24 霍尔传感器的应用--电子秤
实验25 压电加速度传感器
实验26 引线电容对电压放大器的影响
实验27 磁电式传感器的性能
实验28 热电式传感器--热电偶的标定
实验29 热电偶、热电阻测温实验
实验30 PN结温度传感器测温实验
实验31 热敏电阻测温实验
实验32 扩散硅压阻式压力传感器实验
实验33 光纤位移传感器的静态测量
实验34 光纤位移传感器的动态测量(一)
实验35 光纤位移传感器的动态测量(二)
实验36 光电传感器的应用--光电转速测试
实验37光敏电阻实验
实验38 光敏二极管的特性实验
实验39 硅光电池实验
实验40 气敏传感器(MQ3)实验
实验41 湿敏传感器(RH)实验
实验42 微机检测与转换--数据采集处理
下编 实验报告
实验报告1 箔式应变片的单臂电桥性能
实验报告2 金属箔式应变片的单臂、半桥、全桥的性能比较
实验报告3 金属应变片的温度补偿
实验报告4 半导体应变片的温度补偿
实验报告5 箔式应变片与半导体应变片性能比较
实验报告6 金属箔式应变片的交流全桥实验
实验报告7 电子秤标定与称重
实验报告8 电容传感器特性实验
实验报告9 移相器实验
实验报告10 差动变压器的标定
实验报告11 差动变压器零位电压的补偿
实验报告12 相敏检波器实验
实验报告13 差动变压器的应用--振动测量
实验报告14 电涡流式传感器的静态标定
实验报告15 被测材料对电涡流传感器特性的影响
实验报告16 电涡流传感器的应用--振幅测量
实验报告17 差动螺管式电感传感器
实验报告18 差动螺管式电感传感器位移测量
实验报告19 差动螺管式电感传感器振幅测量
实验报告20 激励频率对电感传感器的影响
实验报告21 霍尔传感器的直流激励特性
实验报告22 霍尔传感器的交流激励特性
实验报告23 霍尔传感器的应用--振幅测量
实验报告24 霍尔传感器的应用--电子秤
实验报告25 压电加速度传感器
实验报告26 引线电容对电压放大器的影响
实验报告27 磁电式传感器的性能
实验报告28 热电式传感器--热电偶的标定
实验报告29 热电偶、热电阻测温实验
实验报告30 PN结温度传感器测温实验
实验报告31 热敏电阻测温实验
实验报告32 扩散硅压阻式压力传感器实验
实验报告33 光纤位移传感器的静态测量
实验报告34 光纤位移传感器的动态测量(一)
实验报告35 光纤位移传感器的动态测量(二)
实验报告36 光电传感器的应用--光电转速测试
实验报告37 光敏电阻实验
实验报告38 光敏二极管的特性实验
实验报告39 硅光电池实验
实验报告40 气敏传感器(MQ3)实验
实验报告41 湿敏传感器(RH)实验
实验报告42 微机检测与转换--数据采集处理
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。
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。