Wat is een piëzoresistieve sensor?

Een piëzoresistieve sensor is een apparaat dat gebruik maakt van veranderingen in de soortelijke weerstand van bepaalde halfgeleidermaterialen wanneer ze worden blootgesteld aan mechanische spanning om een ​​elektronische actie te bewerkstelligen. Dit piëzoresistieve fenomeen is gebaseerd op de neiging van deze materialen om veranderingen in hun latente resistieve eigenschappen te ondergaan wanneer ze worden gebogen door blootstelling aan druk of stress. Dit veroorzaakt een overeenkomstige verandering in elke elektrische stroom die door het apparaat gaat, wat zich vertaalt in een meting of uitlezing. Halfgeleidermaterialen die gewoonlijk in piëzoresistieve apparaten worden gebruikt, zijn over het algemeen dezelfde basismetalen en siliconenfamilies die in de meeste elektronische componenten worden gebruikt. Deze componenten zijn verkrijgbaar met een breed scala aan gevoeligheidskenmerken om te voldoen aan de eisen van diverse industrieën.

Wanneer bepaalde halfgeleidermaterialen worden blootgesteld aan mechanische spanning, verandert hun soortelijke weerstand of basisvermogen om elektrische stroom te weerstaan. Deze verandering in het resistieve karakter van het materiaal verandert duidelijk de specifieke weerstandswaarde. Dit resulteert in een stijging of daling van elke stroom die door het apparaat gaat, die vervolgens wordt gebruikt om de betrokken spanning aan te geven of te meten. Het piëzoresistieve effect wordt benut om een ​​reeks afbuigingsgevoelige halfgeleiderapparaten te creëren die worden gebruikt om spanningsinducerende krachten zoals versnelling en druk vast te leggen en te meten.

Dit soort sensor is meestal gemaakt van halfgeleidersubstraten zoals germanium, polykristallijne siliconen, amorfe siliconen en monokristallijne siliconen. Een typische sensor bestaat uit een drukgevoelig halfgeleidermembraan met meerdere n+- en p+-contacten eraan. Elektrische stroom wordt door de wafel geleid met een snelheid die afhangt van de weerstand. Deze stroomoverdracht en resulterende uitlezing verschilt afhankelijk van de weerstandsveranderingen in het onderdeel wanneer het membraan wordt blootgesteld aan druk. Deze sensoren variëren in complexiteit van eenvoudige piëzoweerstanden met een beperkt bereik en temperatuurstabiliteit tot zeer stabiele en nauwkeurige piëzo-FET's.

De piëzoresistieve sensor wordt gebruikt in een breed scala aan toepassingen met mechanische spanningsmeting. De auto-industrie gebruikt ze als vacuüm- en druksensoren of om olie- en gasniveaus aan te geven. Ze worden ook in de medische wereld gebruikt in apparaten zoals bloeddrukmeetapparatuur. Dieptemeters die door diepzeeduikers worden gebruikt, maken ook gebruik van piëzoresistieve sensortechnologie om nauwkeurige dieptemetingen te produceren. Deze apparaten worden ook gebruikt in vliegtuighoogtemeters en luchtdrukinstrumenten.

Drukafhankelijke sensoren van dit type worden ook vaak gebruikt in elektronische meetinstrumenten die gebruikmaken van schakelingen en componenten zoals de Wheatstone-brug en bipolaire transistors. Versnellingsmeters die worden gebruikt om positionele oriëntatie, versnelling en trillingskrachten te meten, maken ook gebruik van piëzoresistieve sensortechnologie om hun uitlezingen te produceren. Deze technologie heeft ook zijn weg gevonden naar de huishoudelijke omgeving met veel vaatwassers, stofzuigers en wasmachinefabrikanten die ze in hun producten gebruiken.