一種新穎的電子式PS壓力傳感器
發布時間:2008-10-22 來源:半導體應用網
中心論題:
- PS壓力傳感器工作原理
- 外圍電路的設計
- 應用實例
解決方案:
- 用恒流源來驅動壓力傳感器
- PS壓力傳感器在全自動洗衣機中的應用
概述
PS壓力傳感器是一種利用半導體膜片結構製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, 並能夠高精度、線性地檢測出壓力的變化。它是鬆下電工公司近年推出的新產品。
早在1954年美國C.S.Smith首先確認了半導體壓電電阻效應,1955年C.Herring指出:這種壓電電阻效應是由於應力的作用,引起導體與價電子帶能量狀態的變化,以及載流子數量與遷移率變化所產生的一種現象。日本從1970年開始研究開發,首先應用在血壓計上,之後在過程控製領域及轎車發動機控製部分都獲得了廣泛的應用。最近幾年在家用電器、裝配機器人等應用領域普遍采用電子壓力傳感器作為壓力控製、壓力監控和判斷真空吸附的效果。

工作原理
圖1為PS壓力傳感器的截麵結構圖,圖2為wei其qi傳chuan感gan器qi部bu分fen的de結jie構gou。如ru圖tu所suo示shi,在zai壓ya力li傳chuan感gan器qi半ban導dao體ti矽gui片pian上shang有you一yi層ceng擴kuo散san電dian阻zu體ti,如ru果guo對dui這zhe一yi電dian阻zu體ti施shi加jia壓ya力li,由you於yu壓ya電dian電dian阻zu效xiao應ying,其qi電dian阻zu值zhi將jiang發fa生sheng變bian化hua。受shou到dao應ying變bian的de部bu分fen,即ji膜mo片pian由you於yu容rong易yi感gan壓ya而er變bian薄bo,為wei了le減jian緩huan來lai自zi傳chuan感gan器qi底di座zuo應ying力li的de影ying響xiang,將jiang壓ya力li傳chuan感gan器qi片pian安an裝zhuang在zai玻bo璃li基ji座zuo上shang。

如圖2(b)所示,當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。

由於各壓電電阻如圖4那樣組成橋路結構,如果將它們連接到恒流源上,則由於壓力的增減,將在輸出端獲得輸出電壓ΔV,
當壓力為零時的ΔV等於偏置電壓Voffset,在理想狀態下我們希望Voffset=0V,shijishangzaishengchengkuosandianzutishi,youyusuoxingchengdekuosandianzutichicundaxiaodebutonghecunzaizazhinongdudeweixiaochayi,yincizongshiyoumougedianyazhicunzai。yaliweilingshi,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R3、R4電阻的變化部分記作-ΔR,於是ΔV=ΔRI 。
這個ΔV相對壓力呈現幾乎完全線性的特性,隻是隨著溫度的變化而有所改變。
外圍電路的設計
圖4是PS壓力傳感器的外圍電路設計實例,圖中用恒流源來驅動壓力傳感器。

由於橋路失衡時的輸出電壓比較小,所以必須用運放IC1b和IC1C來進行放大。圖中VR1為偏置調整,VR2為壓力靈敏度調整,VR3為沒有加壓時輸出電壓調整,C1、C2用於去除噪聲。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定的電源。
應用實例
圖5是PSyalichuanganqizaiquanzidongxiyijizhongdeyingyongshili。rutusuoshi,liyongqishi,jiangzaibutongshuiweiqingkuangxiashuiyadebianhua,zuoweikongqiyalidebianhuajiancechulai,congerkeyizaishedingdeshuiweishangzidongtingzhixiangxiyijizhushui。

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