壓力傳感器應(yīng)用分類及其原理解析

1.引言

汽車傳感器是汽車電子化、智能化的基礎(chǔ)和關(guān)鍵， 而其中使用較多、發(fā)展最快的是壓力傳感器。汽車壓力傳感器應(yīng)用在汽車的很多系統(tǒng)中，如電子檢測(cè)系統(tǒng)、保安防撞系統(tǒng)等。其中應(yīng)用在輪胎氣壓方面的目的在于最大限度地減少或消除高壓爆胎和低壓輾胎造成的輪胎早期的損壞， 使輪胎經(jīng)常保持標(biāo)準(zhǔn)氣壓， 延長(zhǎng)輪胎的壽命，降低輪胎的消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。

有報(bào)道說(shuō)，將微型壓力傳感器埋置于汽車輪胎中，測(cè)量其中氣壓， 以控制對(duì)輪胎的充氣量，避免過(guò)量和不夠，由此可節(jié)省百分之十的汽油。

2.汽車壓力傳感器

2.1 壓力傳感器的原理和應(yīng)用分類

傳感器是將各種非電量(包括物理量、化學(xué)量、生物量等)按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理和傳輸?shù)牧硪环N物理量 (一般為電量)的裝置。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測(cè)量電路三部分組成，有時(shí)還需外加輔助電源。 傳感器方框圖如圖1所示。

圖1 傳感器方框圖

制造半導(dǎo)體壓力傳感器的基本原理是利用硅晶體的壓阻效應(yīng)。單晶硅材料在受到應(yīng)力作用后，其電阻率發(fā)生明顯變化，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。

壓力傳感器所用的元件材料是具有壓阻效應(yīng)的單晶硅、擴(kuò)散摻雜硅和多晶硅。根據(jù)晶體不受定向應(yīng)力時(shí)，電導(dǎo)率是同性的，只有受定向應(yīng)力時(shí)才表現(xiàn)出各向異性，由于應(yīng)力能引起能帶的變化，能谷能量移動(dòng)，導(dǎo)致電阻率的變化，于是就有電阻的變化，從而產(chǎn)生壓阻效應(yīng)。

單晶硅效應(yīng)包括n型和p型硅壓阻效應(yīng)。選用擴(kuò)散硅目的在于在設(shè)計(jì)制造壓力傳感器時(shí)可根據(jù)不同溫度下硅擴(kuò)散層的壓阻特性選擇合適的擴(kuò)散條件，力求使壓力傳感器具有良好的性能。多晶硅在傳感器中有廣泛的用途，可作為微結(jié)構(gòu)和填充材料、敏感材料。

壓力傳感器按用途分類主要是壓力監(jiān)視、壓力測(cè)量和壓力控制及轉(zhuǎn)換成其他量的測(cè)量。按供電方式分為壓阻型和壓電型傳感器，前者是被動(dòng)供電的，需要有外電源。后者是傳感器自身產(chǎn)生電荷，不需要外加電源，根據(jù)不同領(lǐng)域?qū)毫y(cè)量的精度不同分為低精度和高精度的壓力傳感器。

2.2 氣壓傳感器

1)能和原理：主要是用來(lái)檢測(cè)氣壓的傳感器。在硅片的中間，從背面腐蝕形成了正方形的膜片，利用膜片將壓力轉(zhuǎn)換成應(yīng)力，在膜片的表面，通過(guò)擴(kuò)散雜質(zhì)形成了四個(gè)p型測(cè)量電阻，它們按橋式電路連接，利用壓阻效應(yīng)將加在膜片上的應(yīng)力變換成電阻的變化，此電阻的變化通過(guò)橋式電路之后，在橋式電路的兩個(gè)輸出端之間，以電位差的形式對(duì)外輸出。傳感器原理圖如圖2所示。

圖2 傳感器原理圖