壓阻式傳感器的應(yīng)變與溫度交叉靈敏度分析

Analysis of the Strain of Piezoresistive Sensor and Temperature Crossed Sensitivity
ZHAO Fan
(Shanxi University of Technology, Hanzhong 723003, China)
Abstract: With the help of Thaler expanding formu la of dualistic function, the author gave the formula of computing the strain a nd temperature crossed sensitivity, explained the physical meaning. Combining real measurement data, he evaluated the crossed sensitivity.
Key words: piezoresistive sensor; strain; temperature; crossed s ensitivity

1 應(yīng)變與溫度交叉靈敏度計(jì)算公式的給出

壓阻式傳感器是在圓形硅膜片上擴(kuò)散出四個(gè)電阻，這四個(gè)電阻接成惠斯登電橋。假設(shè)四個(gè)擴(kuò)散電阻的起始電阻都相等且為R，當(dāng)有應(yīng)力作用時(shí)，兩個(gè)電阻的阻值增加，增加量為ΔR，兩個(gè)電阻的阻值減小，減小量為ΔR；另外由于溫度影響，使每個(gè)電阻都有ΔRT的變化量。若電橋的供橋電壓為U，則它的輸出電壓為：

式中：πL—壓阻系數(shù)；E—電阻半導(dǎo)體材料的彈性模量；S=πL·E—傳感器的靈敏度。

根據(jù)四個(gè)電阻本身的溫度特性，設(shè)它們的溫度系數(shù)為α，則：

當(dāng)傳感器受應(yīng)變ε和溫度T的作用，則由泰勒公式在初始應(yīng)變ε0和環(huán)境溫度T0下將式(4)展開(kāi)得：

靈敏度，當(dāng)不考慮溫度影響時(shí)，該項(xiàng)為常值；SεT=USα，定義為應(yīng)變與溫度的交叉靈敏度。

第三項(xiàng)、第四項(xiàng)及以后各項(xiàng)為溫度變化項(xiàng)，忽略掉ΔT的高階項(xiàng)，溫度與傳感器的輸出呈線性關(guān)系，令ST=USεα，定義為傳感器的溫度靈敏度。忽略掉高階項(xiàng)，式(6)又可寫為：