扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验之欧阳学创编

1、扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验时间：2021.03. 03创作：欧阳学一、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、15VO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 连接成恵斯通电桥，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 的一个方向上加偏宣电压形成电流孑，当敏感芯片没有外 加压力作用，

2、内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彳匕, 该电场的变彳匕引起电位变彳匕，则在端可得到披与电流垂直方向的两 测压力引起的输出电压 Uoo 一 (11-1)式中d为元件两端距离。实验接线图如图112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；P1VP2时，输出为负。图11-1扩散硅压力传感器原理图四、实验内容与步马聚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。4. 调节 Rw2到适当位宣并保持不动，用导线将差动

3、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. 气室1、2的两个活塞退回到刻度T7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Rwl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的压力到O.OIMPa,毎隔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。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，从0.01 MPa每隔0.005Mpa记

4、下模块 输出Uo2的电压值。直到P2的压力达到0.095Mpa;填入 下表2O8. 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，毎隔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。9. 保持负压力输入 P1压力 OMpa不变，减小正压力 输入P2的压力，毎隔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。10. 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Pl(kP)0.010.0150.020

5、0.0250.0300.0350.0400.0450.050Uo2(V)1.6082.283.023.544.224.895.456.076.63Pl(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绘制Pl-Uo2曲线图如下图所示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)0.010.0150.0200.0250.0300.0350.0400.0450.050Uo2(V)10.149.7

6、69.328.82&367.857.416.796.23P2(kP)0.0550.0600.0650.0700.0750.0800.0850.0900.095Uo25.725.084.593.853.262.561.68120.32(V)(表2)用 matlab绘制P2-Uo2曲线图如下图所示3、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Pl(kP)0.0900.0850.0800.0750.0700.0650.0600.0550.050Uo2(V)-0.67-1.33-1.95257-3.13-3.67-3.95-4.51-5.13Pl(kP)0.0450.0

7、400.0350.0300.0250.0200.0150.0100.005Uo2(V)-5.57-6.01-6.27-6.70-7.18-7.52-7.90-8.22-8.55(表3)用 matlab绘制Pl-Uo2曲线图如下图所示4、保持负压力输入 P1压力 OMpa不变，减小正压力输入 P2的压力P2(kP)0.0900.0850.0800.0750.0700.0650.0600.0550.050Uo2(V)-8.05-7.71-7.30-6.92-6.50611-5.70-5.34489P2(kP)0.0450.0400.0350.0300.0250.0200.0150.0100.005

8、Uo2(V)439-3.92-3.42-2.86-2.30-1.65-1.07-0.400.29(表4)用 matlab绘制的P2-Uo2曲线图如下图所示5、灵敏度及非线性误差计算线性拟合直线的斜率即为所求的灵敏度， 故对上面的 曲线图依次进行线性拟合，如下图所示（红色为拟合直 线），并由此算出其灵敏度和非线性误差。灵敏度L=AU/AP=拟合直线斜率非线性误差迅m/yFS xlOO%（Am 为输出值与拟合直线的最大偏差，yFS为满量程输 出平均值）12（1）P1Uo2拟合宣戋10prp2)1 = 1103p2 = ()87故灵糾度耳一中坤/左护p-1 划生非/误皋张二（0.292/11.4)xlC557由0%/kp二3上A: n=0.392121086 1-2P2-Uo2BrtSy = prx + p：Fp故灵敏虞L二AU二纟绘(3)y生遍差SP 沖 1=110.65/1072)52/v/kp_100% =6.1x 4 p2 pl =9149；p2 :二-9度AU/P 二 pl 二 91./ 98y丰误粹 卜=p(41pt9()x100%欢度斗切81a迢六、快验I/卩扣1丰-96養护58报倂 *3)X1p2 卡 1 l|.76fAm:E6