压阻式压力传感器是首批商业化的MEMS器件之一。与电容式压力传感器相比,它们更易于与电子设备集成,响应更线性,并且固有地屏蔽了射频噪声。然而,它们在运行期间通常需要更多功率,并且传感器的基本噪声限制高于其电容对应物。从历史上看,压阻式器件一直在压力传感器市场占据主导地位。
一、压阻式压力传感器功能
传感器中的电阻变化通常使用惠斯通电桥电路测量(如下图所示)。这允许将传感器电阻的微小变化转换为输出电压。压阻式应变仪测量是使用惠斯通电桥电路进行的需要向电桥提供激励电压。当没有应变并且电桥中的所有电阻都平衡时,输出将为零伏。压力的变化将导致电桥中电阻的变化,从而产生相应的输出电压或电流。这是如何计算的,如下面的公式所示。
性能可以通过在电桥中使用两个或四个传感元件来提高,每对中的元件受到相等和相反的应变。这增加了输出信号并且可以最小化温度对传感器元件的影响。
二、压阻式压力传感器的传感元件
应变仪元件可以由金属或半导体材料制成。金属应变片的电阻变化主要是由于材料几何形状(长度和横截面积)的变化。在一些金属中,例如铂合金,压阻效应可以将灵敏度提高两倍或更多。在半导体材料中,压阻效应占主导地位,通常比几何形状的贡献大几个数量级。