1.2 本课题国内研究现状与应用

测量历来是科学推理客观性的保证。压力测量是整个计量测试技术的一个组成部分，在工业生产和科学实践中起着重要的作用。压力测量对合理地使用原材料，改进工艺流程，提高产品质量，都是必不可少的环节。在工业生产的自动化过程中，压力是检测的一个重要参数。

　　五十年代，美国的一些实验室着手研究半导体的压阻效应，并且证实，半导体的压阻效应比导体大得多，其灵敏系数比金属应变片高50倍以上[2]。六十年代以来又发展到直接利用硅做传感器的敏感元件，并在其适当部位渗入一定的杂质而构成应力敏感元件，即固态传感器技术。文献综述

在现代，压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

1.3 压力传感器的原理

    压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。

合理进行压力传感器的误差补偿是其应用的关键。压力传感器主要有偏移量误差、灵敏度误差、线性误差和滞后误差。这里我们主要了解一下压阻式压力传感器原理与应用。

压阻式传感器是将输入的机械量应变转换为电阻值变化的变换元件。压阻变换器的输入量为应变，输出量为电阻值的相对变化。固体受到作用力后，电阻率就要发生变化，这种效应称为压阻效应。半导体材料的这种效应特别强。根据半导体材料的压阻效应△RR/=πб且б=Eε，其中б是应力(S/F)；π是压阻系数π=（40-80）×10-11m2/N；E是弹性模量，E=1.67×1011m2/N，所以电阻的相对变化为△R/R=πEε[3]。要测量其他物理量如压力、力、加速度等，就需要先将应变片贴在相应的弹性元件上，这些物理量被转换为弹性元件的应变，再经应变片将应变转换为电阻输出量。

    扩散硅压力传感器是用集成电路工艺在硅片上制成四个等值扩散电阻组成一个惠斯通电桥，具有体积小、重量轻、迟滞小、灵敏度高等优点，因而得到广泛应用[4]。

　　压力传器有上下两个压力腔，对表压传感器，上压力腔与大气相通，称为低压腔；下压力腔与被测压力相通，称为高压腔；中间由压力敏感的硅膜片隔开。当硅膜片两边存在压力差时，在硅膜片上产生应力，硅膜片上的四个等值电阻在应力作用下，阻值发生变化，一对变大，另一对变小，使电桥失去平衡，输出与被测压力成比例的电压。

当力作用于硅晶体时，晶体的晶格产生变形,使载流子从一个能谷向另一个能谷散射,引起载流子的迁移率发生变化，扰动了载流子纵向和横向的平均量，从而使硅的电阻率发生变化。这种变化随晶体的取向不同而异，因此硅的压阻效应与晶体的取向有关。硅的压阻效应不同于金属应变计，前者电阻随压力的变化主要取决于电阻率的变化，后者电阻的变化则主要取决于几何尺寸的变化（应变），而且前者的灵敏度比后者大50～100倍。来!自~751论-文|网www.751com.cn 压力传感器中硅膜片的热机械应力数值模拟和优化设计(2):http://www.751com.cn/wuli/lunwen_76395.html