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压力传感器的原理及其应用电路设计

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压力传感器的原理及其应用电路设计 ?   摘要:详细介绍了压力传感器的原理和应用分类,列举了汽车压力传 感器在轮胎气压监测方面的应用及具体的电路设计,把轮胎气压转换为电 压,通过电压值的大小间接地测量气压值的大小。汽车压力传感器在汽车行 业的应用和推广意义非常重大。 ? ? ?   1.引言 ? ? ?   汽车传感器是汽车电子化、智能化的基础和关键, 而其中使用较 多、发展最快的是压力传感器。汽车压力传感器应用在汽车的很多系统中, 如电子检测系统、保安防撞系统等。其中应用在轮胎气压方面的目的在于最 大限度地减少或消除高压爆胎和低压辗胎造成的轮胎早期的损坏, 使轮胎经 常保持标准气压, 延长轮胎的寿命,降低轮胎的消耗,提高经济效益。有报 道说,将微型压力传感器埋置于汽车轮胎中,测量其中气压, 以控制对轮胎 的充气量,避免过量和不够,由此可节省百分之十的汽油。 ? ? ?   2.汽车压力传感器 ? ? ?   2.1 压力传感器的原理和应用分类 ? ? ?   传感器是将各种非电量(包括物理量、化学量、生物量等)按一定规 律转换成便于处理和传输的另一种物理量 (一般为电量)的装置。传感器一 般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成,有时还需外加辅助电源。 传感器方框图如图 1 所示。 ? ? ?    ? ? ?   图 1 传感器方框图 ? ? ?   制造半导体压力传感器的基本原理是利用硅晶体的压阻效应。单晶硅 材料在受到应力作用后,其电阻率发生明显变化,这种现象称为压阻效应。 ? ? ?   压力传感器所用的元件材料是具有压阻效应的单晶硅、扩散掺杂硅和 多晶硅。根据晶体不受定向应力时,电导率是同性的,只有受定向应力时才 表现出各向异性,由于应力能引起能带的变化,能谷能量移动,导致电阻率 的变化,于是就有电阻的变化,从而产生压阻效应。单晶硅效应包括 n 型和 p 型硅压阻效应。选用扩散硅目的在于在设计制造压力传感器时可根据不同 温度下硅扩散层的压阻特性选择合适的扩散条件,力求使压力传感器具有良 好的性能。多晶硅在传感器中有广泛的用途,可作为微结构和填充材料、敏 感材料。 ? ? ?   压力传感器按用途分类主要是压力监视、压力测量和压力控制及转换 成其他量的测量。按供电方式分为压阻型和压电型传感器,前者是被动供电 的,需要有外电源。后者是传感器自身产生电荷,不需要外加电源,根据不 同领域对压力测量的精度不同分为低精度和高精度的压力传感器。 ? ? ?



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