概述
---PS壓力傳感器是一種利用半導(dǎo)體膜片結(jié)構(gòu)制成的電子式壓力傳感器,它可將空氣壓力這一物理量變換成電信號, 并能夠高精度、線性地檢測出壓力的變化。它是松下電工公司近年推出的新產(chǎn)品。
 ---早在1954年美國C.S.Smith首先確認(rèn)了半導(dǎo)體壓電電阻效應(yīng),1955年C.Herring指出：這種壓電電阻效應(yīng)是由于應(yīng)力的作用,引起導(dǎo)體與價電子帶能量狀態(tài)的變化,以及載流子數(shù)量與遷移率變化所產(chǎn)生的一種現(xiàn)象。日本從1970年開始研究開發(fā),首先應(yīng)用在血壓計上,之后在過程控制領(lǐng)域及轎車發(fā)動機(jī)控制部分都獲得了廣泛的應(yīng)用。最近幾年在家用電器、裝配機(jī)器人等應(yīng)用領(lǐng)域普遍采用電子壓力傳感器作為壓力控制、壓力監(jiān)控和判斷真空吸附的效果。
工作原理
---圖1為PS壓力傳感器的截面結(jié)構(gòu)圖,圖2為其傳感器部分的結(jié)構(gòu)。如圖所示,在壓力傳感器半導(dǎo)體硅片上有一層擴(kuò)散電阻體,如果對這一電阻體施加壓力,由于壓電電阻效應(yīng),其電阻值將發(fā)生變化。受到應(yīng)變的部分,即膜片由于容易感壓而變薄,為了減緩來自傳感器底座應(yīng)力的影響,將壓力傳感器片安裝在玻璃基座上。
---如圖2（b）所示,當(dāng)向空腔部分加上一定的壓力時,膜片受到一定程度的拉伸或收縮而產(chǎn)生形變。壓電電阻的排列方法如圖3所示,受到拉伸的電阻R2和R4的阻值增加;受到壓縮的電阻R1和R3阻值減小。
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---由于各壓電電阻如圖4那樣組成橋路結(jié)構(gòu),如果將它們連接到恒流源上,則由于壓力的增減,將在輸出端獲得輸出電壓ΔV,ΔV的大小由下式?jīng)Q定：
---在（1）式中,當(dāng)壓力為零時的ΔV等于偏置電壓Voffset,在理想狀態(tài)下我們希望Voffset=0V,實際上在生成擴(kuò)散電阻體時,由于所形成的擴(kuò)散電阻體尺寸大小的不同和存在雜質(zhì)濃度的微小差異,因此總是有某個電壓值存在。壓力為零時,R1=R2=R3=R4=R,我們把加上一定壓力時R1、R2電阻的變化部分記作ΔR;相應(yīng)R3、R4電阻的變化部分記作-ΔR,于是（1）式就簡化為下式：
---ΔV=ΔRI (2)
---這個ΔV相對壓力呈現(xiàn)幾乎完全線性的特性,只是隨著溫度的變化而有所改變。 外圍電路的設(shè)計
---圖5是PS壓力傳感器的外圍電路設(shè)計實例,圖中用恒流源來驅(qū)動壓力傳感器。
 ---由于橋路失衡時的輸出電壓比較小,所以必須用運(yùn)放IC1b和IC1C來進(jìn)行放大。圖中VR1為偏置調(diào)整,VR2為壓力靈敏度調(diào)整,VR3為沒有加壓時輸出電壓調(diào)整,C1、C2用于去除噪聲。另外,如果電源電壓波動的話,將引起輸出電壓的變化,所以必須給電路提供一個穩(wěn)定的電源。
應(yīng)用實例
---圖6是PS壓力傳感器在全自動洗衣機(jī)中的應(yīng)用實例。如圖所示,利用氣室,將在不同水位情況下水壓的變化,作為空氣壓力的變化檢測出來,從而可以在設(shè)定的水位上自動停止向洗衣機(jī)注水。 |
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