实验四  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+4V、±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，，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。平时敏感芯片没有外加压力作用，内部电桥处于平衡状态，当传感器受压后芯片电阻发生变化，电桥将失去平衡，给电桥加一个恒定电压源，电桥将输出与压力对应的电压信号，这样传感器的电阻变化通过电桥转换成压力信号输出。

四、实验内容与步骤

   1. 扩散硅压力传感器MP×10已安装在压力传感器模块上，将气室1、2的活塞退到20ml处，并按图4-1接好气路系统。其中P1端为正压力输入、P2端为负压力输入，P×10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P1＞P2时，输出为正；当P1＜P2时，输出为负。

  

2. 检查气路系统，分别推进气室1、2的两个活塞，对应的气压计有显示压力值并能保持不动。

   3. 接入+4V、±15V直流稳压电源，模块输出端Uo2接控制台上数显直流电压表，选择20V档，打开实验台总电源。

   4. 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。

   5. 退回气室1、2的两个活塞，使两个气压计均指在“零”刻度处，将MP×10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。

   6. 保持负压力输入P2压力零不变，增大正压力输入P1的压力，每隔0.005Mpa记下模块输出Uo2的电压值。直到P1的压力达到0.095Mpa；填入表4-1。

  7. 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，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；填入表4-2。

  8. 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的压力达到0.0Mpa；填入表4-3。

  9. 保持负压力输入P1压力0Mpa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的压力达到0.0Mpa；填入表4-4

五、实验报告

  1. 根据表4-1、4-2、4-3所得数据，计算压力传感器输入P（P1-P2）－输出Uo2曲线。计算灵敏度L=△U／△P，非线性误差δf。

 

第二篇：5-8压阻式压力传感器的压力测量实验

压阻式压力传感器的压力测量实验

一、实验原理补充：压阻式压力传感器的压力敏感元件是压阻元件，它是基于压阻效应工作的。所谓压阻元件实际上就是指在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻，当它受外力作用时，其阻值由于电阻率的变化而改变。我们把这一变化引入测量电路，其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。

二、实验中的注意事项：

1、实验需用器件与单元：压力源（已在主控箱）、压力表（主控箱）、流量计、压阻式压力传感器（实验模块左上角，高（上，正压力输出为正值，反之输出为负）低（下）气压嘴）、压力传感器实验模块、三通连接导管、数显单元、直流稳压源±4V、±15V。

图1 模块与三通连接导管

2、实验内容及步骤说明。

压力传感器实验模块上的3端为压力传感器的供电端（接入+4v电源），1端接地，2,4端为信号输出。RW1电位器作用为增益放大，RW2调零，RW3增益放大。

将RW1（满刻度为5圈）调到满刻度的1/3处；RW3(满刻度为1圈)调到1/2处。实验台的电压表调到20V档位。

1）将实验台上的电压选择调到4V档位，其Vo+接入实验模块上的3端，给传感器供电；1端接实验模块上的GND，2端和4端为输出接到差动运放的输入（2接IC1的+端,4接IC2的+端）。

2）给实验模块供电（+-15V及地），将实验模块右上方的+15V，-15V和GND接到实验台的+15V（红端），-15V（蓝端）和GND（黑端，任选其一），尽可能按照颜色来选择连接线。

3）将气管较硬的一端（透明）接入实验台上的“气源”处，注意插紧，防止漏气（注意，当需要拔出时，需要先压下插座蓝色的卡扣后，方可拔出）。

4）将气管的另一端（黑色）接入压力传感器的高气压嘴上（实验模块的左上角的上面一个），需要拔出时，不可扭动，以防损坏气压嘴。

5）打开实验台的主电源。

6）旋转RW2进行调零，使得压力表显示为0；

7）打开气管开关电源；

8）逐步关小流量计旋钮，使得标准压力指示某一刻度（气压表），一般为（5-20）kpa之间，从5kp开始，每上升1kp，记录一次压力表读数，将气压与电压值填入表格，计算系统的灵敏度和线性误差。

9）实验完成，关闭电源，收拾好实验器材。

注意事项：

1）将导管插入主控箱的气源插孔时，一定要插紧，否则可能出现漏气的现象，这样流量计的压力表就不能达到所需测量范围，影响测量结果，并出现错误。

2）气压嘴是塑料制品，很脆弱，拔压力传感器上的软导管的时，注意不要左右扭动导管和气压嘴，要竖直地向上拔起。

3）  拔主控板上气源插座上的导管时，一定要用一只手按下插口上的蓝色圈扣，用另一只手拔出导管，否则不但不能拔出，还会损坏导管和设备接口。

图2 实验接线图

图3 导管的拔取