半导体电阻应变片

半导体电阻应变片

定义

半导体电阻应变片是以半导体材料（如单晶硅、锗）为敏感栅，利用压阻效应工作的电阻应变片。压阻效应指半导体受到应力时，其晶格结构改变导致载流子迁移率和浓度变化，从而使电阻率发生显著变化。

工作原理

当半导体应变片随被测物体变形时，其电阻相对变化可表示为：
$\frac{\Delta R}{R}=\pi \sigma +(1+2\mu )\epsilon \approx \pi \sigma$
其中，$\pi$ 为压阻系数，$\sigma$ 为应力，$\mu$ 为泊松比。由于半导体的 $\pi$ 很大（比金属的几何效应大两个数量级），电阻变化主要由压阻效应主导，因此灵敏度系数 $K$ 可达 50~200（金属应变片通常为 2~3）。

工程理解

• 优点：灵敏度极高，可检测微小应变（如微应变级）；横向效应小，便于制作小型化敏感栅。
• 缺点：非线性严重（尤其是在大应变时）；温度系数大，易受环境温度影响；工艺复杂，成本较高。
• 应用技巧：实际使用时需进行温度补偿（如采用半桥或全桥电路、自补偿设计），且通常限于小应变范围（<1000 με）以保证线性度。