壓阻式傳感器piezoresistance type transducer是指利用單晶硅材料的壓阻效應和集成電路技術制成的傳感器。單晶硅材料在受到力的作用后,電阻率發(fā)生變化,通過測量電路就可得到正比于力變化的電信號輸出。壓阻式傳感器用于壓力、拉力、壓力差和可以轉變?yōu)榱Φ淖兓钠渌锢砹浚ㄈ缫何弧⒓铀俣?、重量、應變、流量、真空度)的測量和控制。
當力作用于硅晶體時,晶體的晶格產(chǎn)生變形,使載流子從一個能谷向另一個能谷散射,引起載流子的遷移率發(fā)生變化,擾動了載流子縱向和橫向的平均量,從而使硅的電阻率發(fā)生變化。這種變化隨晶體的取向不同而異,因此硅的壓阻效應與晶體的取向有關。硅的壓阻效應不同于金屬應變計(見電阻應變計),前者電阻隨壓力的變化主要取決于電阻率的變化,后者電阻的變化則主要取決于幾何尺寸的變化(應變),而且前者的靈敏度比后者大50~100倍。
例如,用于測量直升飛機機翼的氣流壓力分布,測試發(fā)動機進氣口的動態(tài)畸變、葉柵的脈動壓力和機翼的抖動等。在飛機噴氣發(fā)動機中心壓力的測量中,使用專門設計的硅壓力傳感器,其工作溫度達500℃以上。在波音客機的大氣數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)中采用了精度高達0.05%的配套硅壓力傳感器。
由于固態(tài)壓阻壓力傳感器的感受,敏感轉換和檢測三部分由同一個元件實現(xiàn),沒有中間轉換環(huán)節(jié),所以不重復性和遲滯誤差極小。同時由于硅單晶本身剛度很大,形變很小,保證了良好的線性,因此綜合靜態(tài)精度很高。 體積小、重量輕、動態(tài)頻響高:由于芯體采用集成工藝,又無傳動部件,因此體積小,重量輕。小尺寸芯片加上硅的彈性模數(shù),敏感元件的固有頻率很高。在動態(tài)應用時,動態(tài)精度高,使用頻帶寬,合理選擇設計傳感器外型,使用帶寬可以從零頻至100千赫茲。

