压阻式压力传感器

“压力传感器是将压力转换为电信号输出的传感器。压力传感器通常由弹性敏感元件和位移敏感元件（或应变计）组成。弹性敏感元件的作用是将被测压力作用于一定区域，转换为位移或应变，然后从位移敏感元件或应变计转换为与压力有关的电信号。”

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压力传感器结构

压阻式压力传感器，又称扩散硅压力传感器，是利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化，通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出。压阻传感器用于测量和控制其他物理量（如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度）的变化。?

当力作用于硅晶体时，晶体晶格变形，使载流子从一个能量谷散射到另一个能量谷，导致载流子的迁移率发生变化，干扰载流子的纵横平均值，从而改变硅的电阻率。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。硅的电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，后者电阻的变化主要取决于几何尺寸的变化，前者的灵敏度是后者的50~100倍

该传感器采用集成工艺将电阻条集成在单晶硅膜上，制成硅压阻芯片，并将芯片周围固定在外壳内，引出电极引线。压力压力传感器也被称为固态压力传感器，它不同于通过弹性敏感元件间接感受外力，而是通过硅膜直接感受被测压力。?

硅膜片的一面是与被测压力相连的高压腔，另一面是与大气相连的低压腔。硅膜片一般设计成周围固支的圆形，直径与厚度比约为20~60。四个P杂质电阻条在圆形硅膜片定域扩散，连接成全桥，其中两个位于压应力区，另外两个位于拉应力区，与膜片中心对称。?

压阻传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基板上扩散电阻而成的装置。其基板可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基板内连接成电桥。?当基板在外力作用下变形时，电阻值会发生变化，电桥会产生相应的不平衡输出。作为压阻传感器的基板（或膜）材料主要是硅片和锗片。硅片是由敏感材料制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是用于测量压力和速度的固体压阻传感器。

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压力测量方法

压阻传感器在圆形硅膜上扩散四个电阻，连接到惠斯登电桥。当有应力时，两个电阻的电阻值增加，由于温度的影响，每个电阻都会发生变化。此外，使用线性方程近似解可以充分利用相对成熟的线性方程组的数值方法，大大简化问题，在实际应用中仍具有重要意义，当参数变化较大时，忽视交叉灵敏度对解决精度的影响较大。

通过向惠斯顿电桥输入恒压或恒流源，当扩散电阻受到应力变形时，相应的输出电流或电压会发生变化。该电桥在传感器实际出厂时也会受到不同温度的影响。给出相应的相关曲线。

在实际应用中，传感器也需要调零，或者在应用中进行程序校准。

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干扰及处理

1、干扰源

(1)静电感应：静电感应也被称为电容耦合，因为寄生电容存在于两个分支电路或元件之间，使一个分支上的电荷通过寄生电容传输到另一个分支。

(2)电磁感应：当两个电路之间存在互感时，一个电路中电流的变化通过磁场耦合到另一个电路中，称为电磁感应。如变压器及线圈漏磁、通电平行导线等。例如，各种空间电磁、气象条件、雷电甚至地磁场的变化也会干扰传感器的正常运行；各种信号线绑在一起或采用相同的多芯电缆，特别是信号线和交流电源线的长管道；

(3)泄漏电流感应：由于电子线路内部部件支架、接线柱、印刷电路板、电容器内部介质或外壳绝缘不良，特别是传感器应用环境湿度高，绝缘电阻降低，导致泄漏电流增加会造成干扰。特别是当泄漏电流流入测量电路的输入水平时，其影响特别严重。

(4)射频干扰：主要是大型动力设备的启动、操作停止和高谐波干扰。如硅控制整流系统的干扰。例如，大功率感知负载的启动和停止通常会导致数百伏甚至数千伏的尖锐脉冲干扰；

(5)其他干扰：除上述干扰外，现场安全生产监控系统还容易受到机械干扰、热干扰和化学干扰。例如，现场温度和湿度的变化可能温度和湿度的变化可能会导致电路参数、腐蚀性气体、酸碱盐、野外沙子、雨水，甚至老鼠咬虫蛀都会影响传感器的可靠性。

2.抗干扰方法

1)接地问题处理方法:合理接地是减少低电平放大电路噪声干扰的重要措施，必须特别注意。单电源供应多个传感器和仪器时，应尽量减少接地电阻引入的干扰。如果电源压降必须最小化，电源高端导线也可以以类似的方式连接。包括多个电源和多个传感器、仪器系统需要考虑更多，通常无论谁供电，地线到公共点，然后连接到系统的公共端，所有电源1负回到电源1公共端，所有电源2负荷回到电源2公共端，最后用粗线连接公共端。在多电源系统中，为了达到最佳的解决方案，可能需要进行判断性试验和地线连接方法。

2)软件滤波:软件滤波是智能传感器和仪器所独有的，包括低频(如0).01Hz）滤波各种干扰信号，包括干扰信号。常用的软件滤波方法有:(1)平均过滤器，即以M次采样的自述平均值作为过滤器的输出，也可根据需要增加新鲜采样值的比例，形成加权平均过滤器；（2）中值滤波器，即对M次连续采样值进行排序，将其中位值作为滤波器的输出，该方法对缓变过程中的脉冲干扰滤波效果良好；(3)该方法是根据采样周期和真实信号的正常变化率来确定相邻两次采样的最大可能差Δ，本次采样与上次采样的差值小于等于Δ信号被认为是有效信号，大于Δ作为噪声处理的信号。(4)惯性滤波，此乃模拟PC滤波器的数字实现适用于频繁波罢的有效信号。