过程装备控制技术及应用教案 三章过程检测技术 3页共21页 间间距内逐渐完成的一种现象 (2)弹簧管式压力计 弹簧管式压力计由弹簧管压力感受元件和放大指示机构两部分组成。前者是一根弯曲成 约270度圆弧的扁圆或椭圆载面的空心金属管,一端固定,作为压力输入端;另一端自由, 作为位移输出端,接放大指示机构。放大指示机构通常是由拉杆、齿轮以及指针组成 工作原理:在被测压力作用下,扁圆或椭圆形截面的弹簧管有变圆的趋势,并迫使弹簧 管的自由端发生相应的弹性变形,这个变形借助于拉杆,经齿轮传动机构予以放大,最终由 固定于小齿轮上的指针将被测值在刻度盘上指示出来。 在弹性范围内,弹簧管自由端的位移与被测压力之间近似线性关系,因此通过测量自由 端的位移可直接测得相应的被测压力的大小。 3.34压阻式压力计 该压力计是根据半导体的压阻效应来工作的。这种压力计通常是以单晶硅为基体,按特 定的晶面,根据不同的受力形式加工成弹性应变元件,并在弹性应变元件的适当位置,用集 成电路技术扩散出四个等值的应变电阻,组成惠斯登电桥。不受压力时电桥处于平衡状态, 当受到压力作用时,一对桥臂的电阻变大,另一对变小,电桥失去平衡。若对电桥加上恒流 源,输出端便有对应于所加压力的电压输出信号。测得电压的大小,即可知道待测压力的大 压阻式压力计的优点:体积小、重量轻、灵敏度高、响应速度快等 (1)半导体的压阻效应 长为L,截面积为A的电阻,其电阻值R为 R p一材料的电阻率 dr dl da dp 微分上式:一= R L A P 因为A=zD2/4.dAdD 所以 dr dl dd dp 由材料力学知“=-1=,得 dR dL dp R 假定K为单位纵向应变引起的电阻变化率,称其为应变片的纵向灵敏度,那么 K =(+2) RE p 8 电阻的纵向应变,E L 对于半导体来说,K=60~-170,一般来说半导体应变片的灵敏度与半导体材料、渗杂深度 应力相对于晶轴的取向等因素有关。过程装备控制技术及应用教案 第三章 过程检测技术 第 3 页 共 21 页 间间距内逐渐完成的一种现象。 （2） 弹簧管式压力计 弹簧管式压力计由弹簧管压力感受元件和放大指示机构两部分组成。前者是一根弯曲成 约 270 度圆弧的扁圆或椭圆载面的空心金属管，一端固定，作为压力输入端；另一端自由， 作为位移输出端，接放大指示机构。放大指示机构通常是由拉杆、齿轮以及指针组成。 工作原理：在被测压力作用下，扁圆或椭圆形截面的弹簧管有变圆的趋势，并迫使弹簧 管的自由端发生相应的弹性变形，这个变形借助于拉杆，经齿轮传动机构予以放大，最终由 固定于小齿轮上的指针将被测值在刻度盘上指示出来。 在弹性范围内，弹簧管自由端的位移与被测压力之间近似线性关系，因此通过测量自由 端的位移可直接测得相应的被测压力的大小。 3.3.4 压阻式压力计 该压力计是根据半导体的压阻效应来工作的。这种压力计通常是以单晶硅为基体，按特 定的晶面，根据不同的受力形式加工成弹性应变元件，并在弹性应变元件的适当位置，用集 成电路技术扩散出四个等值的应变电阻，组成惠斯登电桥。不受压力时电桥处于平衡状态， 当受到压力作用时，一对桥臂的电阻变大，另一对变小，电桥失去平衡。若对电桥加上恒流 源，输出端便有对应于所加压力的电压输出信号。测得电压的大小，即可知道待测压力的大 小。 压阻式压力计的优点：体积小、重量轻、灵敏度高、响应速度快等。 (1) 半导体的压阻效应 长为 L，截面积为 A 的电阻，其电阻值 R 为 A L R =  ρ—材料的电阻率 微分上式：  d A dA L dL R dR = − + 因为 D / 4 2 A =  ， D dD A dA = 2 所以  d D dD L dL R dR = − 2 + 由材料力学知 L dL D dD = − ，得 ( )    d L dL R dR = 1+ 2 + 假定 K 为单位纵向应变引起的电阻变化率，称其为应变片的纵向灵敏度，那么 ( )      1 1 2 1 d R dR K = = + + ε—电阻的纵向应变， L dL  = 对于半导体来说，K=60~170，一般来说半导体应变片的灵敏度与半导体材料、渗杂深度、 应力相对于晶轴的取向等因素有关