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扩散硅压力变送器的压阻效应

来源：基尔普朗克传感器（上海）有限公司
2026-04-01 返回列表
扩散硅压力变送器的工作原理基于单晶硅材料的压阻效应，这是一种典型的半导体物理效应。
当单晶硅受到外力（压力）作用产生机械形变时，其内部原子晶格间距发生微小改变，导致材料内部载流子迁移率与有效质量发生变化，最终表现为电阻率发生可预测、可重复的改变，这种现象被称为半导体压阻效应。
在扩散硅压力传感器中，核心敏感部件是采用高精度单晶硅制成的弹性膜片。通过半导体扩散工艺，在硅膜片特定位置高温扩散硼、磷等杂质，形成四个阻值相等的压敏电阻，并将其连接成惠斯通电桥结构。
在无压力作用时，电桥处于平衡状态，桥路输出电压为零。
当被测压力作用于硅膜片时，膜片产生微小弹性形变，使扩散在膜片上的四个压敏电阻发生阻值变化：

  • 两个方向受拉伸，电阻增大

  • 两个方向受压缩，电阻减小

电阻的变化与压力大小呈良好线性关系，使惠斯通电桥失去平衡，输出一个与被测压力成正比的微弱电压信号。该信号经过传感器内部的放大、温度补偿、线性校正、V/I 转换等处理后，输出标准的 4–20mA 模拟信号 或 HART、数字通讯信号，从而实现压力到电信号的精确转换。
与传统金属应变片相比，半导体压阻效应的灵敏度高出 50～100 倍，且单晶硅材料具有弹性优异、无迟滞、无蠕变、重复性极高的特点，因此扩散硅压力变送器具备测量精度高、响应速度快、长期稳定性好、抗震动、寿命长等优势，成为工业自动化领域压力测量的主流技术。


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