进入20世纪80年代后,由于半导体集成电路工艺的日益完善,出现了利用半导体工艺中的扩散技术,将敏感元件和应变材料合二为一,制成了扩散型压阻式传感器。这类传感器的应变电阻与基底是同一块材料,通常是半导体硅。因此统称为扩散硅压阻式传感器。由于取消了胶接,它的滞后、蠕变及老化现象大为减小,而且不存在胶层热阻和妨碍,使导热性能大为改善。此外,由于这类传感器是用半导体硅做芯片,利用集成工艺电路制成 ,如果在制成传感器芯片时,同时设计制造一些温度补偿、信号处理与放大电路,就能构成集成传感器。如果再进一步与微处理器相结合,就能做成智能式传感器。因此,这类传感器一出现,就受到人们极大的重视,得到迅猛的发展。
硅压阻式传感器由外壳、硅膜片的引线组成,其结构原理如下所示:

1-低压腔;2-高压腔;3-硅杯;4-引线;5-硅膜片
其核心部分是做成杯状的硅膜片,通常叫做硅杯。外壳则因用途不同而异。在硅膜片上,用半导体工艺中的扩散掺杂法做四个相等的电阻,经蒸镀铝电极及连接线,接成惠斯登电桥,再用压焊法与外引线相连。膜片的一侧是和被测系统相连接的高压腔,另一侧是低压腔,通常和大气相通,也有做成真空的。当膜片两边存在压力差而发生形变时,膜片各点产生应力,从而而使扩散电阻的阻值发生变化,电桥失去平衡,输出相应的电压,其电压大小就反映了膜片所受的压力差值。
通常硅膜片在受压时的形态变化非常微小,其弯曲挠度远小于硅膜片的厚度,且膜片常取圆形。因而求膜片上的应力分布,可以归结为弹性力学中的小挠度薄板应变问题。
设均布压力为P,则薄板上各点的径向压力σ1和切向应力σt与其作用半径r有如下关系:
σr= 3P/8h2 [r02(1+μ)-r2 (3+μ)]
σt= 3P/8h2 [r02(1+μ)-r2 (3+μ)]
式中:r0 h-----膜片的工作面半径、厚度; μ---泊松比(硅取μ=0.35).
硅膜片上的应力分布如图所示。

由图可见,均布压力P产生的应力是不均匀的,且有正应力区和负应力区。利用这一特性,选择适当的位置布置电阻,使其接入电桥的四臂中,两两电阻在受力时一增一减,且阻值增加的两个电阻和阻值减小的两个电阻分别对接,如图所示。

这样既提高输出灵敏度,又部分地消除阻值随温度而变化的影响。因此,压阻式传感器广泛采用全等臂差动桥路。
应用原理试说:
1、扩散硅压力传感器选用进口扩散硅压力芯片制成,当外界液位发生变化时,压力作用在不锈钢隔离膜片上,通过隔离硅油传递到扩散硅压力敏感元件上引起电桥输出电压变化,经过精密的补偿技术、信号处理技术、转换成标准的电流信号。该电流信号的变化正比于液位的变化。
2、当被测介质(液体)的压力作用于传感器时,压力传感器将压力信号转换成电信号,经差分放大和输出放大器放大,最后经V/A电压电流转换成与被测介质(液体)的液位压力成线性对应关系的4-20mA标准电流输出信号。