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❒ 壓力計與高度計
壓力微感測器是用來偵測外界壓力的大小，也可以用來偵測氣壓的大小，不但體積微小而且精確度極高，傳統的氣壓感測器最常使用的是「水銀壓力計」，一大氣壓相當於76cm(公分)高度的水銀柱，這種氣壓計不但體積龐大而且精確度不高。大家還記得平地的大氣壓力與高山上的大氣壓力有什麼不同嗎？站在平地上的人所承受的大氣層厚度較厚，所以氣壓較大；站在高山上的人所承受的大氣層厚度較薄，所以氣壓較小，換句話說，我們可以利用「氣壓的大小」來推測「高度」，這就是高度計的原理，我們可以將壓力微感測器製作在矽晶片上，更可以進一步與電子錶的數位積體電路整合在同一個印刷電路板(PCB)上，市售的C廠牌電子錶就是利用這種壓力微感測器來量測高度。知識力www.ansforce.com。

❒ 壓電效應(Piezoelectric effect)
第2章曾經介紹過壓電效應可以將電能與機械能互相轉換，也就是改變材料長度(機械能)會改變電壓(電能)，大家現在可以想像為什麼這個效應要稱為「壓電」效應了吧！當你對壓電材料施加「壓」力時，材料的長度會縮小，這個時候便會產生「電」壓變化，如＜圖一(a)＞所示，由圖中可以看出：
➤當我們將壓電材料伸長時：伸得愈長電壓的值愈大，如＜圖一(b)＞所示。
➤當我們將壓電材料縮短時：縮得愈短電壓的值愈小，如＜圖一(c)＞所示。

圖一　壓電效應的原理。

❒ 壓電壓力微感測器
使用壓電效應來製作的壓力微感測器構造與外觀如＜圖二(a)與(b)＞所示，圖中的厚膜是由壓電材料製作而成，壓電材料的電壓大小可以由電壓計測量出來，外界壓力則由感測器上方向下施力，如圖中箭頭所示方向。當外界壓力變大時，由感測器上方向下的施力變大，厚膜受力使長度變長，造成壓電材料兩端的電壓值變大，如＜圖二(c)＞所示；而當外界壓力更大時，由感測器上方向下的施力更大，厚膜受力使長度更長，造成壓電材料兩端的電壓值更大，如圖＜圖二(d)＞所示，因此我們可以利用「電壓大小」來反向推測「氣壓大小」與「高度」。知識力www.ansforce.com。

圖二　壓電壓力微感測器的構造與原理。

❒ 電容效應(Capacitance effect)
電容效應是指電容的「電容值」會隨著電極之間的距離不同而改變，前面曾經介紹過電容是電的被動元件，它的功能是用來「暫時」儲存電荷(電子與電洞)的元件，中央使用一層絕緣材料(通常使用金屬氧化物)夾在兩層金屬電極之間製作成電容元件，如＜圖三(a)＞所示，我們定義一個「電容值」來代表電容儲存電荷的能力大小，其單位為「法拉第(Faraday)」，經由科學家實驗發現，電容值大小與兩個金屬電極之間會滿足下列公式：

其中C為電容值、ε為介電係數、A為電容的面積、d為兩個金屬電極之間的距離，由公式可以看出：
➤當金屬電極之間的距離愈大(d愈大)，電容值愈小(C愈小)，如＜圖三(b)＞。
➤當金屬電極之間的距離愈小(d愈小)，電容值愈大(C愈大)，如＜圖三(c)＞。

圖三　電容效應的原理。

❒ 電容壓力微感測器
使用電容效應來製作的壓力微感測器構造與外觀如＜圖四(a)與(b)＞所示，感測電容的金屬電極A與B之間是空氣，空氣本身就是一種很好的絕緣體，因此「金屬電極A－空氣－金屬電極B」構成了一個電容，圖中的厚膜是由多晶矽製作而成的結構，可以承受很大的壓力，外界壓力則由感測器下方向上施力。當外界壓力變小時，由感測器下方向上的施力變小，厚膜受力而向下彎曲，造成金屬電極A與B之間的距離變大(d愈大)，電容值變小(C愈小)，如＜圖四(c)＞所示；當外界壓力變大時，由感測器下方向上的施力變大，厚膜受力而向上彎曲，造成金屬電極A與B之間的距離變小(d愈小)，電容值變大(C愈大)，如＜圖四(d)＞所示，因此我們可以利用「電容值大小」來反向推測「壓力大小」與「高度」。
值得注意的是，不論使用「壓電效應」或「電容效應」都可以製作壓力微感測器，只是利用的原理不同而已，在實際的應用上，可能因為不同的原理可以量測的壓力範圍不同，而應用在不同的商品上。

圖四　電容壓力微感測器的構造與原理。

資料來源：www.st.com。

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