扩散硅压阻式压力传感器

定义与总体结构

扩散硅压阻式压力传感器是一种利用半导体压阻效应，将压力转换为电信号的传感器。其核心结构采用N型单晶硅作为弹性元件，并在其表面通过扩散掺杂工艺形成半导体电阻应变区（扩散电阻），构成应变电阻。传感器通常包含低压腔（通大气）、高压腔、硅杯、硅膜片、引线等部分。

工作原理

当高压腔与低压腔之间存在压力差时，硅膜片发生变形，膜片上的扩散电阻受到应力作用，其电阻值发生变化。四个扩散电阻（R1~R4）在硅膜片上的特定位置（如沿晶向(110)、(001)）组成电桥，将电阻变化转换为电压输出，从而实现压力测量。

与粘贴金属片的比较

与传统的粘贴金属应变片相比，扩散硅压阻式传感器采用直接扩散工艺，减小了粘贴层引起的零漂和蠕变，具有更好的长期稳定性。

芯片感压与隔离传压结构

扩散硅压力芯体是制造压力传感器及压力变送器的核心部件。其内部构造包括：

• 芯片：感受压力，是核心敏感元件。
• 膜片：接触测量的液体或气体，起隔离作用。
• 硅油：传导压力，将膜片受到的压力传递至芯片。
• 底座：压力传感器的载体。
• O型圈：密封。
• 压环：把膜片焊接到底座上。
• 补偿板：信号放大。
• 钢珠：封油。
• 陶瓷垫：填充。

符号与单位

压力通常用符号 $P$ 表示，单位为帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa）。电阻用 $R$ 表示，单位为欧姆（Ω）。电压用 $U$ 或 $V$ 表示，单位为伏特（V）。