电阻式传感器工作原理（二）：半导体应变片与温度补偿

电阻式传感器工作原理（二）：半导体应变片与温度补偿

本页面是27-74-第3章_电阻式传感器--1j6909j的续篇，详细介绍了半导体电阻应变片的工作原理（压阻效应）、温度误差分析及其补偿方法（电桥补偿法）。

核心内容

半导体电阻应变片

半导体电阻应变片基于压阻效应工作，即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。与金属电阻应变片相反，半导体应变片的灵敏度系数中，几何尺寸变化项(1+2μ)可忽略不计，主要由电阻率变化贡献。

压阻效应时电阻率的相对变化与应力间的关系为：
$\frac{\Delta \rho }{\rho }=\pi \sigma =\pi E\epsilon$

因此，半导体应变片的灵敏度系数近似为：
$K\approx \frac{\Delta \rho /\rho }{\epsilon }=\pi E$

半导体应变片的灵敏度系数远高于金属应变片（约高50-100倍），目前使用最多的是单晶硅半导体。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。

温度误差

电阻应变片因环境温度变化产生的附加电阻相对变化量由三方面因素决定：

1. 环境温度的变化量Δt
2. 电阻应变片自身的性能参数（K, α₀, βₛ）
3. 被测试件的线膨胀系数β₉

对应的应变为：
${\epsilon }_t=\frac{\Delta R_t/R_0}{K}=[\frac{{\alpha }_0}{K}+({\beta }_g-{\beta }_s\left)\right]\Delta t$

电桥补偿法

电桥补偿法是常用而有效的温度误差补偿方法，利用惠斯通电桥相邻臂电阻变化相消的原理。当工作电阻应变片R₁粘贴在被测试件上，补偿电阻应变片R₂粘贴在与被测试件材料完全相同的补偿块上时，两者处于同一温度环境。当R₁=R₂=R₃=R₄且温度变化引起的电阻变化量ΔR₁=ΔR₂时，电桥仍处于平衡状态，输出电压为零，从而消除温度误差。

创新思路

文档末尾提出：既然温度也可以导致电阻应变片的阻值变化，为何不利用这一特性制作温度传感器？这体现了打破常规的创新思维。

关联页面

• 半导体电阻应变片 — 本页面的核心实体
• 压阻效应 — 半导体应变片的物理基础
• 电桥补偿法 — 温度误差补偿的工程方法
• 惠斯通电桥 — 电桥补偿法的电路基础
• 温度误差（应变片） — 温度误差的定量分析
• 应变电阻式传感器 — 电阻式传感器的总览
• 金属电阻应变片 — 与半导体应变片对比
• 灵敏度系数（应变片） — 灵敏度系数的通用定义