二、压阻式传感器基本结构和工作原理
1.体型半导体电阻应变片
（1） 结构形式及特点
体型半导体电阻应变片是从单晶硅或锗上切下薄片而制成，其基本结构如图3-1所示。其主要优点是灵敏系数大，横向效应和机械滞后极小，温度稳定性和线性度比金属电阻应变片差得多。
图3-1 体型半导体电阻应变片的结构
1—单晶硅硅条； 2—内引线；3—焊接电极；4—外引线
（2）测量电路
半导体应变电桥的非线性误差很大，故半导体应变电桥除了提高桥臂比、采用差动电桥等措施外，一般还采用恒流源，如图3-2所示。
图3-2 恒流源供电的全桥差动电路
假设两个支路的电阻相等， 即
（3-3）
有
电桥的输出为
（3-4）
电桥的输出电压与电阻变化成正比，与恒流源电流成正比，但与温度无关，因此测量不受温度的影响。
若用恒压源给电桥供电，设扩散电阻起始阻值都为R，当有应力作用时，两个电阻阻值增加，两个减小；温度变化引起的阻值变化为ΔRt，经分析可知：
（3-5）
式中，R为应变片阻值，ΔR为应变片阻值变化，ΔRt为受环境温度引起阻值的变化。当ΔRt≠0时，Uo与 ΔRt是非线性关系，因此恒压源供电不能消除温度影响。
2.扩散型压阻式压力传感器
（1）扩散型压阻式压力传感器结构
扩散型压阻式压力传感器主要由外壳、硅膜片和引线组成，其结构如图3-3所示。扩散型压阻式压力传感器的核心部分是一块圆形或方形的硅膜片，通常叫硅杯。在硅膜片上，利用集成电路工艺制作四个阻值相等的电阻。硅膜片的表面用SiO2薄膜加以保护，并用铝质导线做全桥的引线，硅膜片底部被加工成中间薄（用于产生应变）、周边厚（起支撑作用）的形状，四个压敏电阻在膜片上的位置应满足两个条件：一是四个压敏电阻组成的桥路的灵敏度最高，二是四个压敏电阻的灵敏系数相同。
图3-3 扩散型压阻式压力传感器
1—低压腔；2—高压腔；3—硅杯；4—引线；5—硅膜片
硅杯在高温下用玻璃粘接剂粘贴在热胀冷缩系数相近的玻璃基板上。将硅杯和玻璃基板紧密地安装到壳体中，就制成了压阻式压力传感器。
（2）测量原理
在一块圆形的单晶硅膜片上， 布置四个扩散电阻， 组成一个全桥测量电路。膜片用一个圆形硅杯固定， 将两个气腔隔开，当存在压差时， 膜片产生变形， 使两对电阻的阻值发生变化， 电桥失去平衡， 其输出电压反映膜片承受的压差的大小。
（3）扩散型压阻式压力传感器的特点
扩散型压阻式压力传感器的主要优点有体积小、结构简单、动态响应好、灵敏度高、固有频率高、工作可靠、测量范围宽、重复性好等，能测出十几帕斯卡的微压， 它是目前发展和应用较为迅速的一种压力传感器，特别适合在中、低温度条件下的中、低压测量。其主要缺点是测量准确度受到非线性误差和温度的影响，但智能压阻式压力传感器可利用微处理器对非线性误差和温度进行补偿。
3.压阻式加速度传感器
压阻式加速度传感器采用硅悬臂梁结构，在硅悬臂梁的自由端装有敏感质量块，在梁的根部，安装四个性能一致的压敏电阻，四个压敏电阻连接成电桥，构成扩散硅压阻器件，见图3-4。当悬臂梁自由端的质量块产生加速度时，悬臂梁受到弯矩的作用产生应力，该应力使扩散电阻阻值发生变化，使电桥产生不平衡，从而输出与外界的加速度成正比的电压值。
图3-4 压阻式加速度传感器
在制作压阻式加速度传感器时，若恰当地选择尺寸和阻尼系数，可以用它测量较低的加速度，这是它的一个优点。由于固态压阻式传感器具有频率响应高、体积小、精度高、灵敏度高等优点，在航空、航海、石油、化工、动力机械、兵器工业以及医学等方面得到了广泛的应用。