Memahami prinsip, karakteristik dan jenis aplikasi sensor piezoresistif

Sensor piezoresistif adalah perangkat yang terbuat dari resistansi difusi pada substrat bahan semikonduktor sesuai dengan efek piezoresistif bahan semikonduktor. Substrat dapat langsung digunakan sebagai elemen penginderaan pengukuran, dan resistansi difusi dihubungkan ke jembatan di dalam substrat.

Jenis tahan tekananPrinsip sensor

 Sensor piezoresistance Transduser tipe piezoresistance mengacu pada sensor yang terbuat dari efek piezoresistance dari bahan silikon monokristalin dan teknologi sirkuit terpadu. Setelah gaya bahan silikon monokristalin, resistivitas berubah, dan listrik yang sebanding dengan perubahan gaya dapat diperoleh dengan mengukur sirkuit.sinyalSensor piezoresistif digunakan untuk pengukuran dan kontrol tekanan, tegangan, perbedaan tekanan, dan besaran fisik lainnya yang dapat diubah menjadi perubahan gaya (seperti level fluida, percepatan, berat, regangan, aliran, vakum).

Sensor piezoresistif adalah perangkat yang terbuat dari resistansi difusi pada substrat bahan semikonduktor sesuai dengan efek piezoresistif bahan semikonduktor. Substrat dapat langsung digunakan sebagai elemen penginderaan pengukuran, dan resistansi difusi dihubungkan ke jembatan di dalam substrat. Ketika substrat mengalami deformasi oleh gaya eksternal, nilai resistansi akan berubah, dan jembatan akan menghasilkan output yang tidak seimbang yang sesuai. Substrat (atau diafragma) yang digunakan sebagai sensor piezoresistance terutama adalah wafer silikon dan wafer germanium. Sensor piezoresistance silikon yang terbuat dari wafer silikon sebagai bahan sensitif semakin banyak diperhatikan, terutama sensor piezoresistance padat yang mengukur tekanan dan kecepatan adalah aplikasi yang paling umum.

Aplikasi sensor piezoresistif

 Sensor polezoresistif banyak digunakan dalam bidang kedirgantaraan, penerbangan, navigasi, industri petrokimia, mesin listrik, teknik biomedis, meteorologi, geologi, pengukuran seismik, dan bidang lainnya. Tekanan merupakan parameter penting dalam industri kedirgantaraan dan penerbangan, yang membutuhkan akurasi tinggi untuk pengukuran tekanan statis dan dinamis, tekanan lokal, dan seluruh medan tekanan. Sensor piezoresistif merupakan sensor yang ideal untuk aspek ini. Misalnya, untuk mengukur distribusi tekanan aliran udara sayap helikopter, menguji distorsi dinamis saluran masuk mesin, tekanan kisi-kisi yang berdenyut, dan getaran sayap. Dalam pengukuran tekanan sentral mesin jet pesawat, silikon yang dirancang khusus digunakanpengambilan tekananSuhu operasinya lebih dari 500℃. Sensor tekanan silikon yang cocok dengan akurasi hingga 0,05% digunakan dalam sistem pengukuran data atmosfer Boeing. Dalam uji model terowongan angin yang diperkecil, sensor resistansi tekanan dapat dipasang rapat di saluran masuk terowongan angin dan di model saluran masuk mesin.

Sensor tunggal hanya berdiameter 2,36 mm, frekuensi alami hingga 300 kHz, dan nonlinieritas dan histeresis keduanya ± 0,22% dari rentang penuh. Dalam aspek biomedis, sensor piezoresis juga merupakan alat deteksi yang ideal. Sensor tekanan piezostatik tipe jarum injeksi dengan film silikon difusi setipis 10 mikron dan diameter luar hanya 0,5 mm dan sensor yang mengukur tekanan di area kardiovaskular, intrakranial, urin, uterus, dan okular. Gambar 3 adalah diagram struktural sensor yang digunakan untuk mengukur tekanan serebral. Sensor piezoresistance juga efektif digunakan dalam pengukuran tekanan ledakan dan gelombang kejut, pengukuran vakum, pemantauan dan pengendalian kinerja mesin mobil, seperti mengukur tekanan di ruang senjata, menembakkan gelombang kejut dan senjata lainnya. Selain itu, sensor piezoresistance banyak digunakan dalam pengukuran tekanan sumur minyak, deteksi arah pengeboran dan lokasi kabel tertutup bawah tanah, serta pengukuran aliran dan level cairan. Dengan semakin berkembangnya teknologi mikroelektronika dan komputer, penerapan sensor piezoresistif akan berkembang pesat.

 Apa saja fitur khas sensor piezoresistif?

① Koefisien sensitivitas sensor piezoresistif 50-100 kali lebih besar daripada sensor tekanan regangan logam. Terkadang output sensor piezoresistif dapat diukur secara langsung tanpa amplifier.

② Karena menggunakan proses pemrosesan sirkuit terpadu, sehingga ukuran strukturnya kecil, ringan.

③ Resolusi tekanan tinggi, dapat mendeteksi tekanan mikro kecil seperti tekanan darah.

④ Respons frekuensinya bagus, dan dapat mengukur tekanan pulsa beberapa puluh kHz.

⑤ Karena elemen penginderaan gaya dan elemen deteksi sensor dibuat pada wafer silikon yang sama, ia bekerja dengan andal, dengan akurasi komprehensif yang tinggi, dan memiliki masa pakai yang lama.

⑥ Karena penggunaan produksi bahan semikonduktor silikon, sensor lebih sensitif terhadap suhu, jika kompensasi suhu tidak digunakan, kesalahan suhunya besar.

 Mengapa sensor piezoresistif menghasilkan kesalahan suhu? Bagaimana cara mengatasinya?

 Terdapat dua jenis sensor piezostatik: yang pertama adalah pengukur regangan perekat yang terbuat dari resistansi badan bahan semikonduktor untuk membentuk resistansi difusi yang dibuat pada substrat bahan semikonduktor, yang disebut sensor piezostatik difusi.

 Sensor piezoresistif sangat dipengaruhi oleh suhu, yang akan menghasilkan penyimpangan bit nol dan penyimpangan sensitivitas, sehingga mengakibatkan kesalahan suhu.

 Pada sensor piezoresistif, koefisien suhu resistansi difusi besar, dan nilai resistansi berubah seiring dengan perubahan suhu, yang menyebabkan pergeseran nol sensor.

 Pergeseran suhu sensitivitas sensor disebabkan oleh koefisien pieorresistansi terhadap suhu. Ketika suhu meningkat, koefisien piezoresistance menjadi lebih kecil, dan sensitivitas sensor berkurang; jika tidak, sensitivitas meningkat.

 Penyimpangan suhu nol dapat dikompensasi oleh resistansi seri dan paralel.

 Penyimpangan suhu sensitivitas dikompensasi dengan menggunakan dioda seri dalam rangkaian daya jembatan.

 Selain itu, sensor piezoresistif juga dapat menghubungkan empat resistansi difusi ke seluruh jembatan, untuk mengurangi pengaruh suhu, dapat menggunakan catu daya sumber arus konstan.

 Dapat dilihat bahwa keluaran jembatan sebanding dengan perubahan resistansi, yaitu sebanding dengan yang diukur dan juga sebanding dengan arus catu daya. Tegangan keluaran terkait dengan ukuran dan keakuratan arus sumber arus konstan, tetapi tidak ada hubungannya dengan suhu, sehingga sumber arus konstan memiliki efek kompensasi suhu yang baik.

Penafian: Artikel ini direproduksi untuk tujuan menyampaikan informasi lebih lanjut. Jika ada kesalahan pelabelan sumber atau pelanggaran hak dan kepentingan sah Anda, silakan hubungi kami, kami akan memperbaikinya dan menghapusnya tepat waktu, terima kasih.