压阻效应

压阻效应的定义

压阻效应（Piezoresistive Effect）是指单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。对于不同类型的半导体，施加载荷的方向不同，压阻效应也不一样；目前使用最多的是单晶硅半导体。

压阻效应的数学描述

半导体敏感元件产生压阻效应时，其电阻率的相对变化与应力间的关系为：

其中：

• $\mathrm{\Delta }\rho \mathrm{/}\rho$ 为电阻率的相对变化；
• $\pi$ 为半导体材料的压阻系数；
• $\sigma$ 为应力；
• $E$ 为半导体材料的弹性模量；
• $\epsilon$ 为应变。

半导体电阻应变片的灵敏度系数

对于半导体电阻应变片，其灵敏度系数 $K$ 可表示为：

其中 $\mu$ 为泊松比。该式表明灵敏度系数由两部分组成：

• $1+2\mu$ 代表几何尺寸变化引起的“应变效应”；
• $(\mathrm{\Delta }\rho \mathrm{/}\rho )\mathrm{/}\epsilon$ 代表材料电阻率变化引起的“压阻效应”。

对于半导体材料，压阻效应比应变效应大几十到上百倍，因此应变效应可忽略，灵敏度系数近似为：

与金属电阻应变片的对比

金属电阻应变片的灵敏度系数中，压阻效应很小可忽略，一般 $K\approx 1.7\sim 3.6$；而半导体电阻应变片的压阻效应占主导，整体灵敏度远高于金属材料。

应用与特点

半导体电阻应变片的使用方法与丝式电阻应变片相同，即粘贴在被测物体上，随被测件的应变，其电阻发生相应的变化。压阻式压力传感器具有极低的价格、较高的精度以及良好的线性特性，是目前应用最为广泛的压力传感器。