擴散硅壓阻式壓力傳感器的壓力測量試驗

1、實驗十一擴散硅壓阻式壓力傳感器的壓力測量實驗一、實驗?zāi)康模毫私鈹U散硅壓阻式壓力傳感器測量壓力的原理與方法。二、實驗儀器壓力傳感器模塊、溫度傳感器模塊、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源+5V、±15V。三、實驗原理在具有壓阻效應(yīng)的半導(dǎo)體材料上用擴散或離子注入法，摩托羅拉公司設(shè)計出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，制成擴散硅壓阻式壓力傳感器。擴散硅壓力傳感器的工作原理：在X形硅壓力傳感器的一個方向上加偏置電壓形成電流i,當(dāng)敏感芯片沒有外加壓力作用，內(nèi)部電橋處于平衡狀態(tài)，當(dāng)有剪切力作用時

2、，在垂直電流方向?qū)a(chǎn)生電場變化E=AP.i,該電場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測壓力引起的輸出電壓UooUO=dE=di(11-1)式中d為元件兩端距離。實驗接線圖如圖11-2所示，MPX10有4個引出腳，1腳接地、2腳為Uo+、3腳接+5V電源、4腳為Uo-;當(dāng)P1>P2時，輸出為正；P1<P2時，輸出為負。圖11-1擴散硅壓力傳感器原理圖四、實驗內(nèi)容與步驟1.接入+5V、土15V直流穩(wěn)壓電源，模塊輸出端Vo2接控制臺上數(shù)顯直流電壓表，選擇20V檔，打開實驗臺總電源。4 .調(diào)節(jié)Rw2到適當(dāng)位置并保持不動，用導(dǎo)線將差動放大器的輸入端Ui短路，然后調(diào)節(jié)Rw3

3、使直流電壓表200mV檔顯示為零，取下短路導(dǎo)線。5 .氣室1、2的兩個活塞退回到刻度“17”的小孔后，使兩個氣室的壓力相對大氣壓均為0,氣壓計指在“零”刻度處，將MPX10的輸出接到差動放大器的輸入端Ui,調(diào)節(jié)Rw1使直流電壓表200mv檔顯示為零。6 .保持負壓力輸入P2壓力零不變，增大正壓力輸入P1的壓力到0.01MPa,每隔0.005Mpa記下模塊輸出Uo2的電壓值。直到P1的壓力達到0.095Mpa；填入下表1。7 .保持正壓力輸入P1壓力0.095Mpa不變，增大負壓力輸入P2的壓力，從0.01MPa每隔0.005Mpa記下模塊輸出Uo2的電壓值。直到P2的壓力達到0.095Mpa;

4、填入下表2。8 .保持負壓力輸入P2壓力0.095Mpa不變，減小正壓力輸入P1的壓力，每隔0.005Mpa記下模塊輸出Uo2的電壓值。直到P1的壓力為0.005Mpa；填入下表3。9 .保持負壓力輸入P1壓力0Mpa不變，減小正壓力輸入P2的壓力，每隔0.005Mpa記下模塊輸出Uo2的電壓值。直到P2的壓力為0.005Mpa；填入下表。10.實驗結(jié)束后，關(guān)閉實驗臺電源，整理好實驗設(shè)備。五、實驗數(shù)據(jù)記錄與分析1、保持負壓力輸入P2壓力零不變，增大正壓力輸入P1的壓力P1(kP)0.010.0150.0200.0250.0300.0350.0400.0450.050Uo2(V)1.6082.2

5、83.023.544.224.895.456.076.63P1(kP)0.0550.0600.0650.0700.0750.0800.0850.0900.095Uo2(V)7.057.798.218.739.259.6210.0310.5811.04（表1）用matlab繪制P1-Uo2曲線圖如下圖所示P1-U曲線圖0.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.050.0550.060.0650.070.0750.080.0850.090.0950.1P1/kP2、保持正壓力輸入P1壓力0.095Mpa不變，增大負壓力輸入P2的壓力P2(kP)0.010

6、.0150.0200.0250.0300.0350.0400.0450.050Uo2(V)10.149.769.328.828.367.857.416.796.23P2(kP)0.0550.0600.0650.0700.0750.0800.0850.0900.095Uo2(V)5.725.084.593.853.262.561.681.120.32(表2)用matlab繪制P2-Uo2曲線圖如下圖所示減/bP2-Uo曲線JA7.-900.0050.010,0150.020,0250.030,0350.040,0450.050,0550.060.0650.070,0750.080,0850.09

7、1O-15-v/2oUJJj/rJ1p,-1P2/kP3、保持負壓力輸入P2壓力0.095Mpa不變，減小正壓力輸入P1的壓力P1(kP)0.0900.0850.0800.0750.0700.0650.0600.0550.050Uo2(V)-0.67-1.33-1.95-2.57-3.13-3.67-3.95-4.51-5.13P1(kP)0.0450.0400.0350.0300.0250.0200.0150.0100.005Uo2(V)-5.57-6.01-6.27-6.70-7.18-7.52-7.90-8.22-8.55(表3)用matlab繪制P1-Uo2曲線圖如下圖所示減4P1-U

8、。2線圖0- 1- 2- 3V-42oU-5- 6- 7- 8- 900.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.050.0550.060.0650.070.0750.080.0850.09P1/kP4、保持負壓力輸入P1壓力0Mpa不變，減小正壓力輸入P2的壓力P2(kP)0.0900.0850.0800.0750.0700.0650.0600.0550.050Uo2(V)-8.05-7.71-7.30-6.92-6.50-6.11-5.70-5.34-4.89P2(kP)0.0450.0400.0350.0300.0250.0200.0150.01

9、00.005Uo2(V)-4.39-3.92-3.42-2.86-2.30-1.65-1.07-0.400.29（表4）用matlab繪制的P2-Uo2曲線圖如下圖所示5、靈敏度及非線性誤差計算線性擬合直線的斜率即為所求的靈敏度，故對上面的曲線圖依次進行線性擬合，如下圖所示（紅色為擬合直線），并由此算出其靈敏度和非線性誤差。靈敏度L=AU/AP=擬合直線斜率非線性誤差8f=Am/yF.sX100%（Am為輸出值與擬合直線的最大偏差，Vfs為滿量程輸出平均值）（1）P1-Uo2以合直線11二1"1'11II1,:.廠,i-data1線性由圖讀出Am=0.392y=p1*x+p2

10、pl=110.3p2=0.87657故靈敏度S=L=AU/AP=p1=110.3v/kp非線性誤差Bf=(0.392/11.4)X100%=3.5%(2)*data1線性J111L.P2-Uo2曲線圖0.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.050.0550.060.0650.070.0750.080.0850.090.0950.1氣壓P2/kP2o86V/2OU42y=p1*x+p2p1=-115.24p2=11.765由圖讀出Am=0.65故靈敏度L=AU/AP=p1=-115.24v/kp非線性誤差8f=(0.65/10.72)X100%=6.

11、1%(3)減小P1-Uo2曲線圖data1線性i1-iq11o-12-5V/2UU0-90.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.050.0550.060.0650.070.0750.080.0850.09P1/kPy=p1*x+p2p1=91.498p2=-9.3923由圖讀出Am=0.45故靈敏度L=AU/AP=p1=91.498v/kp非線性誤差8f=(0.45/8.87)X100%=5.1%(4)-90一data1線性I1卜卜_1減小P2-Uo2曲線-70.050,0550.060,0650.070,0750.080,0850.090.0050.010,0150.020,0250.030,0350.040,045P2/kPO-1-2345-V/2OUy=p1*x+p2pl=-9