CN107014551A - 一种利用热电阻原理的压力传感器及其工作方法 - Google Patents

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聂萌
夏云汉
杨恒山
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance

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Abstract

本发明公开了一种利用热电阻原理的压力传感器及其工作方法，该压力传感器结构简单，利用热电阻原理进行压力测试，提高测试的便利性。所述压力传感器包括衬底、薄膜、第一热电阻和第二热电阻，衬底的上部设有空腔，薄膜生长在衬底的顶面，且薄膜覆盖在空腔上方，第一热电阻和第二热电阻分别位于空腔中。

Description

一种利用热电阻原理的压力传感器及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种压力传感器，具体来说，涉及了一种利用热电阻原理的压力传感器及其工作方法。
背景技术
在利用硅微加工技术实现的产品中，压力传感器是发展最早的一类。传统的压力传感器有压阻式，电容式，谐振式等，根据特点可应用于不同场合。现有技术中尚没有一种压力传感器是根据热电阻原理而设计。这样在电阻周围空间温度场受压力影响发生变化时，无法快速准确的测量压力。
发明内容
技术问题：本发明需要解决的技术问题是，提供一种利用热电阻原理的压力传感器及其工作方法，该压力传感器结构简单，利用热电阻原理进行压力测试，提高测试的便利性。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种利用热电阻原理的压力传感器，包括衬底、薄膜、第一热电阻和第二热电阻，衬底的上部设有空腔，薄膜生长在衬底的顶面，且薄膜覆盖在空腔上方，第一热电阻和第二热电阻分别位于空腔中。
作为优选例，所述的空腔的顶面为薄膜。
作为优选例，所述的空腔为绝热腔体；
本发明还提供一种压力传感器的工作方法，包括：外界压力施加在传感器表面时，薄膜发生弯曲，使得薄膜到空腔底部的距离发生改变，空腔内部的空气压缩；空腔内部的温度升高，从而使得第一热电阻和第二热电阻的阻值改变；根据所述阻值的改变，获取外界压力值。
作为优选例，所述的空腔为绝热腔体。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明实施例的压力传感器结构简单。本实施例的压力传感器包括衬底、薄膜、第一热电阻和第二热电阻。整个结构简单、紧凑。该压力传感器尤其适用于进行电阻值测试的场合，利用该压力传感器非常便利的测量外界压力。本传感器提出利用热电阻原理，根据电阻周围空间温度场受压力影响发生变化，进而使热电阻阻值改变，热电阻值的变化可以精确测量，保证传感器的高精度测量，并且测试方法简单。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图中有：衬底1、空腔101、薄膜2、第一热电阻3、第二热电阻4。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例的技术方案进行详细的说明。
如图1所示，本发明实施例的一种利用热电阻原理的压力传感器，包括衬底1、薄膜2、第一热电阻3和第二热电阻4。衬底1的上部设有空腔101，薄膜2生长在衬底1的顶面，且薄膜2覆盖在空腔101上方。第一热电阻3和第二热电阻4分别位于空腔101中。
上述实施例的压力传感器工作时，外界压力施加在传感器表面时，薄膜2发生弯曲，使得薄膜2到空腔101底部的距离发生改变，空腔101内部的空气压缩；空气受到压缩，使得空腔101内部的温度升高，从而使得第一热电阻3和第二热电阻4的阻值改变；根据所述阻值的改变，获取外界压力值。
上述工作过程中，当外界压力P施加在传感器表面时，空腔101表面的薄膜2发生弯曲，使得薄膜2到空腔101底部的距离g0发生改变。由于空腔101是密封环境，从而会使空腔101内部的空气压缩。优选空腔101是绝热环境，不与外界发生热交换。空腔101内部的温度会升高，从而使得第一热电阻3和第二热电阻4的阻值发生改变，改变量为ΔR。薄膜2到空腔101底部的距离g0与热电阻阻值改变量ΔR之间是一一对应的关系，而g0的变化量是由外界压力P控制的，也就是外界压力P与热电阻阻值改变量ΔR之间是一一对应的关系，如表1所示。
表1
这样，只要测出热电阻阻值改变量ΔR，就可以根据表1测出外界压力P，完成压力测量。
作为优选例，所述的空腔101的顶面为薄膜2。也就是说，薄膜2的底面直接覆盖在空腔101顶面。当外界压力作用在薄膜2上时，薄膜2向空腔101方向变形。这有利于提高后续测量外界压力的准确性。
作为优选例，所述的空腔101为绝热腔体。由于本实施例的压力传感器利用热电阻原理进行压力测量，所以空腔101为绝热腔体。这样，当薄膜2受外界压力压缩变形，空腔101中的空气也受压发生摩擦，产生热量。该热量反应了外界压力的大小。外界压力越大，热量越大；外界压力越小，热量越小。空腔101为绝热腔体时，隔绝了热量向外传递。因此，空腔101为绝热腔体时，可以提高测量的精确性。
本实施例的压力传感器采用衬底上的薄膜作为压力敏感膜，同时在结构设计上设计了热电阻，以实现把压力量转化为电阻值进行测量。本发明实施例中空腔为绝热环境，不与外界进行热交换。这种测量方式可以把对于压力的测量转换为对电阻的测量，操作方便，适合各种方便测量电阻的场合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种利用热电阻原理的压力传感器，其特征在于，该压力传感器包括衬底(1)、薄膜(2)、第一热电阻(3)和第二热电阻(4)，衬底(1)的上部设有空腔(101)，薄膜(2)生长在衬底(1)的顶面，且薄膜(2)覆盖在空腔(101)上方，第一热电阻(3)和第二热电阻(4)分别位于空腔(101)中。
2.按照权利要求1所述的利用热电阻原理的压力传感器，其特征在于，所述的空腔(101)的顶面为薄膜(2)。
3.按照权利要求1所述的利用热电阻原理的压力传感器，其特征在于，所述的空腔(101)为绝热腔体。
4.一种权利要求1所述的压力传感器的工作方法，其特征在于，该方法包括：
外界压力施加在传感器表面时，薄膜(2)发生弯曲，使得薄膜(2)到空腔(101)底部的距离发生改变，空腔(101)内部的空气压缩；空腔(101)内部的温度升高，从而使得第一热电阻(3)和第二热电阻(4)的阻值改变；根据所述阻值的改变，获取外界压力值。
5.按照权利要求4所述的压力传感器的工作方法，其特征在于，所述的空腔(101)为绝热腔体。
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