擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器

1、1學(xué)院：電氣工程學(xué)院實(shí) 驗(yàn) 原 理貴州大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級(jí)：測(cè)儀111姓名余翔學(xué)號(hào)1108040039實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)時(shí)間5月12號(hào)指導(dǎo)教師王明慧成績(jī)專(zhuān)業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱(chēng)擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器壓力的測(cè)量1、了解擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器測(cè)量壓力的原理與方法、基本結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用。2、掌握擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器標(biāo)定方法和最小二乘法誤差數(shù)據(jù)處理方法及獲得 方法。在具有壓阻效應(yīng)的半導(dǎo)體材料上用擴(kuò)散或離子注入法，摩托羅拉公司設(shè)計(jì)出X形硅壓力傳感器如下圖所示：在單晶硅膜片表面形成4個(gè)阻值相等的電阻條，并將它們連接成惠斯通電橋，電橋電源端和輸出端引出，用制造集成電路的方法封裝起來(lái)，制成擴(kuò)散 硅壓阻式壓力傳感

2、器。擴(kuò)散硅壓力傳感器的工作原理：在X形硅壓力傳感器的一個(gè)方向上加偏置電壓形成電流i，如圖所示，當(dāng)敏感芯片沒(méi)有外加壓力作用，內(nèi)部電橋處于平衡狀態(tài)，當(dāng)有剪切 力作用時(shí)，在垂直電流方向?qū)?huì)產(chǎn)生電場(chǎng)變化E - i，該電場(chǎng)的變化引起電位變化，則在端可得到被與電流垂直方向的兩側(cè)壓力引起的輸出電壓Uo。U ° = d = d t i式中d為元件兩端距離。擴(kuò)散硅壓力傳感器（MPX10原理圖實(shí)驗(yàn)電路如下圖所示，MPX1C有4個(gè)引出腳，1腳接地、2腳為Uo+、3腳接+5V電源、4腳為Uo-;當(dāng)P1>P2時(shí)，輸出為正；P1<P2時(shí)，輸出為負(fù)。實(shí) 驗(yàn) 儀 器壓力傳感器模塊、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源+

3、5V、土 15V、NI數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)等。實(shí) 驗(yàn) 步 驟1、 使用壓力傳感器模塊，如圖所示，接入+5V、土 15V直流穩(wěn)壓電源，模塊輸出端Vo2接控制臺(tái)上數(shù)顯直流電壓表，選擇20V檔，打開(kāi)實(shí)驗(yàn)臺(tái)總電源。2、 調(diào)節(jié)Rw2到適當(dāng)位置并保持不動(dòng)，用導(dǎo)線將差動(dòng)放大器的輸入端Ui短路，然后 調(diào)節(jié)Rw3使直流電壓表200mV檔顯示為零，取下短路導(dǎo)線。3、 檢查氣室和活塞是否連接緊密，將氣室 1、2的兩個(gè)活塞退回到刻度“ 17”的小 孔后，使兩個(gè)氣室的壓力相對(duì)大氣壓均為0,氣壓計(jì)指在 零 刻度處，將 MPX10的輸 出接到差動(dòng)放大器的輸入端 Ui，調(diào)節(jié)Rw1使直流電壓表200mv檔顯示為零。（如果調(diào)不 到

4、零請(qǐng)重新調(diào)節(jié) Rw2）4、打開(kāi)LabVIEW程序“擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器的壓力測(cè)量實(shí)驗(yàn)”，在步長(zhǎng)中輸入每次采樣輸入電壓的變化量（一般設(shè)為0.01MP）。5、 運(yùn)行“擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器的壓力測(cè)量實(shí)驗(yàn)”保持負(fù)壓力輸入 P2壓力零不變，按照設(shè)定的步長(zhǎng)增大正壓力輸入P1的壓力，按下“采樣”采集對(duì)應(yīng)的電壓值，經(jīng)過(guò)十次采樣后得到得到電壓壓力曲線，如圖11-3所示；6、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源，整理好實(shí)驗(yàn)設(shè)備。驗(yàn)連接好實(shí)物圖，按照實(shí)驗(yàn)要求調(diào)解兩個(gè)活塞，觀察直流電壓表的讀數(shù)并記下。 內(nèi)容實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù)P(KP)0.0550.060.0650.070.0750.080.0850.090.095Uo2(V)

5、72.965.356.348.539.731.121.69.73.0表4-2P(KP)0.0950.090.0850.080.0750.070.0650.060.055Uo2(V)-3.0-7.0-16.6-26.0-33.8-41.7-49.1-55.9-62.4表4-3P(KP)0.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05Uo2 (v)130.6124.6120114.1107.9101.996.188.081.1表 4-1 oP(KP)0.0950.090.0850.080.0750.070.0650.060.055Uo2(V)-115.6-110.9-106.2-101.4-97.1-92-87.1-81.7-76.3表4-4實(shí) 驗(yàn) 總 結(jié)1、由本實(shí)驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果可知，用擴(kuò)散硅式壓阻壓力傳感器測(cè)量壓力，其壓力與輸出的 電壓成正比關(guān)系。2、通過(guò)本實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，讓我了解的擴(kuò)散硅式壓力傳感器的工作原理及測(cè)量安裝，即原理是當(dāng)壓力作用在擴(kuò)散硅電阻上，使得硅電阻的阻值發(fā)生變化，從而輸出電壓發(fā)生變化，即在實(shí)際的測(cè)量中我們實(shí)際是測(cè)出電壓的幅值就可以知道