扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验.docxVIP

实验^一扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验 一、 实验目的： 了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理与方法。 二、 实验仪器 压力传感器模块、温度传感器模块、数显单元、直流稳压源 +5V、±15V。 三、 实验原理 在具有压阻效应的半导体材料上用扩散或离子注入法， 摩托罗拉公司设计出 X形硅压力 传感器如下图所示：在单晶硅膜片表面形成 4个阻值相等的电阻条。并将它们连接成惠斯通 电桥，电桥电源端和输出端引出， 用制造集成电路的方法封装起来， 制成扩散硅压阻式压力 传感器。 扩散硅压力传感器的工作原理：在X形硅压力传感器的一个方向上加偏置电压形成电流 i，当敏感芯片没有外加压力作用，部电桥处于平衡状态，当有剪切力作用时，在垂直电流 方向将会产生电场变化 E i，该电场的变化引起电位变化，则在端可得到被与电流垂 直方向的两测压力引起的输出电压 Uo。 UO d E d i （ 11-1） 式中d为元件两端距离。 实验接线图如图11-2所示，MPX10有4个引出脚，1脚接地、2脚为Uo+、3脚接+5V 电源、4脚为Uo-;当P1P2时，输出为正；P1P2时，输出为负。 * 1 Uo 电丽］ -Us 图11-1扩散硅压力传感器原理图 四、实验容与步骤 1.接入+5V、±15V直流稳压电源，模块输出端 Vo2接控制台上数显直流电压表，选择 20V档，打开实验台总电源。 调节Rw2到适当位置并保持不动，用导线将差动放大器的输入端 Ui短路，然后调节 Rw3使直流电压表200mV档显示为零，取下短路导线。 气室1、2的两个活塞退回到刻度17”的小孔后，使两个气室的压力相对大气压均 为0，气压计指在“零”刻度处，将 MPX10的输出接到差动放大器的输入端 Ui，调节Rw1 使直流电压表200mv档显示为零。 保持负压力输入 P2压力零不变，增大正压力输入 P1的压力到0.01MPa,每隔0.005Mpa 记下模块输出 Uo2的电压值。直到 P1的压力达到0.095Mpa ;填入下表1。 保持正压力输入 P1压力0.095Mpa不变，增大负压力输入 P2的压力，从 0.01MPa 每隔0.005Mpa记下模块输出 Uo2的电压值。直到 P2的压力达到0.095Mpa ;填入下表2。 保持负压力输入 P2压力0.095Mpa不变，减小正压力输入 P1的压力，每隔0.005Mpa 记下模块输出 Uo2的电压值。直到 P1的压力为0.005Mpa ;填入下表 3。 保持负压力输入 P1压力OMpa不变，减小正压力输入 P2的压力，每隔0.005Mpa记 下模块输出Uo2的电压值。直到 P2的压力为0.005Mpa;填入下表。 实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。 五、实验数据记录与分析 1、保持负压力输入 P2压力零不变，增大正压力输入 P1的压力 P1(kP) 0 01 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 0.045 0.050 Uo2 (V) 1.608 2.28 3.02 3.54 4.22 4.89 5.45 6.07 6.63 P1(kP) 0.055 0.060 0.065 0.070 0.075 0.080 0.085 0.090 0.095 Uo2(V) 7.05 7.79 8.21 8.73 9.25 9.62 10.03 10.58 11.04 （表1） 用matlab绘制P1-Uo2曲线图如下图所示 P1-Uo曲线图 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06 0.065 0.07 0.075 0.08 0.085 0.09 0.095 0.1P1/kP2 08 6 4V/2 o U 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06 0.065 0.07 0.075 0.08 0.085 0.09 0.095 0.1 P1/kP 2 0 8 6 4 V/2 o U 2 2、保持正压力输入 P1压力0.095Mpa不变，增大负压力输入 P2的压力 P2(kP) 0 01 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 0.045 0.050 Uo2 (V) 10.14 9.76 9.32 8.82 8.36 7.85 7.41 6.79 6.23 P2(kP) 0.055 0.060 0.065 0.070 0.075 0.080 0.085 0.090 0.095 Uo2 (V) 5.72 5.08 4.59 3.85 3.26 2.56 1.68 1.12 0.32 (表 2)