賀德克壓力傳感器是一種通過測量各種彈性元件的應變來間接測量壓力的傳感器。根據制作材料的不同,應變元件可以分為金屬和半導體兩大類。應變元件的工作原理基于導體和半導體的“應變效應”,即當導體和半導體材料發生機械變形時,其電阻值將發生變化。
當金屬絲受外力作用時,其長度和截面積都會發生變化,其電阻值即會發生改變,假如金屬絲受外力作用而伸長時,其長度增加,而截面積減少,電阻值便會增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時,長度減小而截面增加,電阻值則會減小。只要測出加在電阻兩端的電壓的變化,即可獲得應變金屬絲的應變情況。
壓阻效應是用來描述材料在受到機械式應力下所產生的電阻變化。不同于壓電效應,壓阻效應只產生阻抗變化,并不會產生電荷。
賀德克壓力傳感器壓力是工業生產中的重要參數之一,為了保證生產的正常運行,必須對壓力進行監測和控制。以下是選擇壓力傳感器時常用的術語:
1、標準壓力:以大氣壓為標準表示的壓力,如果大于大氣壓,則稱為正壓; 如果低于大氣壓,則稱為負壓。
2、絕對壓力:以絕對真空表示的壓力量。
3、相對壓力:比較對象的壓力量(標準壓力)。
4、氣壓:指大氣壓。 標準大氣壓 (1atm) 相當于 760 毫米高度的水銀柱的壓力。
5、真空:指壓力低于大氣壓的狀態。 1 托 = 1/760 氣壓 (atm)。
6、檢測壓力范圍:指傳感器的適應壓力范圍。
7、能承受壓力:當試驗壓力恢復時,可承受壓力而不降低其性能。
8、往返精度:在恒定溫度(23℃)下,當壓力升高或降低時,將輸出反轉的壓力值除以檢測壓力的滿量程值得到工作點的壓力波動值。
9、精確:在一定溫度(23℃)下,當零壓力和額定壓力相加時,用滿量程值去除偏離輸出電流規定值(4mA、20mA)的值,單位以%表示 FS。
10、線性:模擬輸出隨檢測壓力線性變化,但偏離理想直線。 將此偏差表示為滿量程值百分比的值稱為線性度。
大多數金屬材料與半導體材料都被發現具有壓阻效應。其中半導體材料中的壓阻效應遠大于金屬。由于硅是現今集成電路的主要原料,以硅制作而成的壓阻性元件的應用就變得非常有意義。硅的電阻變化不單是來自與應力有關的幾何形變,而且也來自材料本身與應力相關的電阻,這使得其程度因子大于金屬數百倍之多。N型硅的電阻變化主要是由于其三個導帶谷對的位移所造成不同遷移率的導帶谷間的載子重新分布,進而使得電子在不同流動方向上的遷移率發生改變。其次是由于來自與導帶谷形狀的改變相關的等效質量(effective mass)的變化。在P型硅中,此現象變得更復雜,而且也導致等效質量改變及電洞轉換。