扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验.docx

实验十一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，当敏感芯片没有外加压力作用，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化，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。
（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P1>P2时，输出为正；P1<P2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。
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．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。
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。
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0.01MPa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。
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的压力为0.005Mpa；填入下表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
P1(kP)0.010.0150.0200.0250.0300.0350.0400.0450.050Uo2（V）1.6082.283.023.544.224.895.456.076.63P1(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绘制P1-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）10.149.769.328.828.367.857.416.796.23P2(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

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绘制P1-Uo2曲线图如下图所示

4、保持负压力输入P1压力0Mpa不变，减小正压力输入P2的压力
P2(kP)0.0900.0850.0800.0750.0700.0650.0600.0