压阻式压力传感器的特性测试实验
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压阻式压力传感器的特性测试实验
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和标定方法。
二、实验内容
掌握压力传感器的压力计设计。
三、实验仪器
传感器检测技术综合实验台、压力传感器实验模块、压力传感器、导线。
四、实验原理
扩散硅压阻式压力传感器的工作机理是半导体应变片的压阻效应,在半导体受到力变形时会暂时改变晶体结构的对称性,因而改变了半导体的导电机理,使得它的电阻率发生变化,这种物理现象称之为半导体的压阻效应。一般半导体应变采用N型单晶硅为传感器的弹性元件,在它上面直接蒸镀扩散出多个半导体电阻应变薄膜(扩散出敏感栅)组成电桥。在压力(压强)作用下弹性元件产生应力,半导体电阻应变薄膜的电阻率产生很大变化,引起电阻的变化,经电桥转换成电压输出,则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。图13-1为压阻式压力传感器压力测量实验原理图。
+
-
放大单元主台体上电压表
+4V 压阻式压力传感器Vo+
VS+
Vo-
Vs-
图13-1 压阻式压力传感器压力测量实验原理
五、实验注意事项
1、严禁将信号源输出对地短接。
2、实验过程中不要带电拔插导线。
3、严禁电源对地短路。
六、实验步骤
1、将引压胶管连接到压力传感器上,其他接线按图13-2进行连接,确认连线无误且打开主台体电源、压力传感器实验模块电源。
电电电电
电电电电电电
Vin
Vin
Vout GND
电电电电电电±15V 电电
D5
C4++E2
C5
D4D6R29S1C1
R12
R13
R17R16
C2
R1
IC1
R14
R3
R5R4
R6
D1IC4
R7R20
R19
R9
C3
RW1
-15V GND
+15V VCC GND Vout-Vout+R8R10
D2
R21电电电电电
D3E1D5R28IC2
IC3
R2
R18RW2
电电电电电电电电
电电电
电
电电
电电
电电电电电电电
R30
R31R21R21
1234567
810K 20K 51K
100K
P1
+5V
电电电电
电电电电电电
Vin
Vin
Vout GND
电电电电电电±15V 电电
D5
C4++E2
C5
D4D6R29S1C1
R12
R13
R17R16
C2
R1
IC1
R14
R3
R5R4
R6
D1IC4
R7R20
R19
R9
C3
RW1
-15V GND
+15V VCC GND Vout-Vout+R8R10
D2
R21电电电电电
D3E1D5R28IC2
IC3
R2
R18RW2
电电电电电电电电
电电电
电
电电
电电
电电电电电电电
R30
R31R21R21
1234567
810K 20K 51K
100K
P1
+5V
图13-2 压阻式压力传感器的特性测试实验接线图
2、打开气源开关,调节流量计的流量并观察压力表,压力上升到4Kpa 左右时,根据计算所选择的第二级电路的反馈电阻值,接好相应的短接帽;再调节调零电位器RW2,使得图13-3中Vx 与计算所得的值相符;再调节增益电位器RW1,使电压表显示为0.4V 左右。
3、再仔细地反复调节流量使压力上升到18KPa 左右时,根据计算,电压表将显示1.8V 左右。
4、重复步骤2和3过程,直到认为已足够精度时调节流量计使压力在4~18KPa 之间,每上升1Kpa 气压分别读取电压表读数,将数值列于表3。
表3 P (Kpa ) V o(p-p)
5、画出实验曲线计算本系统的灵敏度和非线性误差(具体的公式)。
6、实验完毕,关闭所有电源,拆除导线并放置好。