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

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

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。

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