扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验
实验七压阻式压力传感器的压力测量实验
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实验七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和方法.二．基本原理扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条，接成电桥。
在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力,电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化,我们把这一变化引入测量电路，其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。
三．需用器件与单元压力源（已在主控箱)、压力表、压阻式压力传感器、CGQ-002压力传感器实验模块、流量计、连接导管、电压表、直流稳压源±4V、±15V。
四．实验步骤1．根据图2-1连接管路和电路，主控箱内的气源部分，压缩泵、贮气箱、流量计已接好。
将硬管一端插入主控板上的气源快速插座中（注意管子拉出时请用手按住气源插座边缘往内压，则硬管可轻松拉出）。
另一端软导管与压力传感器接通.这里选用的差压传感器两只气咀中，靠右边一只为高压嘴，另一只为低压嘴。
本实验模块连接见图2—2，压力传感器有4端：3端VS接+4V电源，1端接地线,2端为V o+，4端为V o—。
1、2、3、4端顺序排列见图2-2。
图2-2 压力传感器压力实验接线图2．实验模块接入模块电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关。
实验模块上Rw2用于调节零位,Rw1可调节放大倍数，按图2-2接线，模块的放大器输出V o2引到主控箱电压表表的V i插座。
扩散硅实验报告doc
扩散硅实验报告篇一：实验报告测试技术实验报告第二组实验三十五压阻式压力传感器的特性实验一、实验目的1、了解扩散硅压阻式传感器测量压力的方法。
2、掌握扩散硅压阻式传感器及其转换电路的工作原理。
二、实验多用单元压阻式压力传感器、压阻式压力传感器转换电路板、橡皮气囊、储气箱、三通连接导管、压力表、位移台架、直流稳压电源、数字万用表三、实验原理及电路扩散硅压阻式压力传感器，在单晶硅的基片扩散出P型或N型电阻条，接成电桥。
在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生变化，引起电阻的变化，将这一变化引入测量电路，通过输出电压可以测量出其所受的压力大小。
四、实验步骤1、固定好位移台架，将压力传感器放在台架的圆孔中。
2、将压力传感器上的插头连接至转换电路板上的插座。
转换电路板的输出连接至数字电压表。
3、连接电路图。
4、打开橡皮囊上的单向阀，接通电源，调节转换电路板上的RP2使输出电压为零。
5、拧紧单向阀，轻按加压皮囊，注意不要用力过大，使压力表显示30Kp，调节RP1使输出电压为3V。
6、重复步骤4和步骤5，使压力为0时输出电压为0，压力为30Kp时，输出电压为3V。
7、旋紧单向阀，开始加压，每上升2Kp读取输出电压，记入入下表中。
五、实验报告1、根据表格的实验数据，画出压力传感器的特性曲线，并计算精度与非线性误差。
实验数据记录于下表中。
如下图所示，测量电路测得的输出电压与仪表显示的空气压强在数值上的关系如下，两者近似呈线性关系。
2、如果测量真空度，需要对本实验装置进行怎样的改进？答：测量真空度，需要把橡皮气囊改为可以抽气的实验装置，并把测量压强的仪表改为可测量真空度值的仪表。
实验十九涡流传感器的位移特性试验一、实验目的1、了解涡流式传感器的基本结构。
2、掌握涡流式传感器的工作原理及性能。
二、实验所用单元涡流式传感器和铁片、涡流式传感器转换电路板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。
三、实验原理及电路通过高频电流的线圈产生磁场，当有导体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，引起线圈的电感发生变化。
检测技术实验3 扩散硅压阻式压力传感器、电容传感器、直流激励时霍尔传感器和反射式光纤位移传感器测量实验
上海电力学院检测技术实验实验八 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、气室、气压表、分压器、差动放大器、电压放大器、直流电压表 三、实验原理扩散硅压力传感器的工作原理如图8-1，在X 形硅压力传感器的一个方向上加偏置电压形成电流i ，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，在垂直于电流方向将会产生电场变化i E ⋅∆=ρ，该电场的变化引起电位变化，则在与电流方向垂直的两侧得到输出电压Uo 。
i d E d U O ⋅∆⋅=⋅=ρ （8-1） 式中d 为元件两端距离。
实验接线图如图8-2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（P1与P2为传感器的两个气压输入端所产生的压强）。
图8-1 扩散硅压力传感器原理图图8-2 扩散硅压力传感器接线图四、实验内容与步骤1． 按图8-2接好“差动放大器”与“电压放大器”，“电压放大器”输出端接数显直流电压表，选择20V 档，打开直流开关电源。
2． 调节“差动放大器”与“电压放大器”的增益调节电位器到适当位置并保持不动，用导线将“差动放大器”的输入端短接，然后调节调零电位器使直流电压表20V 档显示为零。
3． 取下短路导线，并按图8-2连接“压力传感器”与“分压器”。
4．气室的活塞退回到刻度“17”的小孔后，使气室的压力相对大气压均为0，气压计指在“零”刻度处，将“压力传感器”的输出接到差动放大器的输入端，调节Rw1使直流电压表20V档显示为零。
6．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。
实验九扩散硅压阻式压力传感器差压测量一、实验目的了解利用压阻式压力传感器进行差压测量的方法。
二、基本原理压阻式压力传感器的硅膜片受到两个压力P1和P2作用时，由于它们对膜片产生的应力正好相反，因此作用在膜片上是△P=P1-P2，从而可以进行差压测量。
西安科技大学电阻压力传感器物理实验报告
西安科技大学电阻压力传感器物理实验报告西安科技大学电阻压力传感器物理实验报告一、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方法。
二、基本原理扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P 型或N 型电阻条，接成电桥。
在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入测量电路，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。
三、实验器材主机箱、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、引压胶管。
四、实验步骤1、将压力传感器安装在实验模板的支架上，根据图4-1 连接管路和电路（主机箱内的气源部分，压缩泵、贮气箱、流量计已接好）。
引压胶管一端插入主机箱面板上气源的快速接口中（注意管子拆卸时请用双指按住气源快速接口边缘往内压，则可轻松拉出），另一端口与压力传感器相连。
压力传感器引线为4芯线：1端接地线，2端为U0＋，3端接＋4V电源，4端为Uo－。
图4-1 压阻式压力传感器测压实验安装、接线图2、实验模板上RW2用于调节放大器零位，RW1调节放大器增益。
按图4-1将实验模板的放大器输出V02 接到主机箱电压表的Vin插孔，将主机箱中的显示选择开关拨到2V 档，合上主机箱电源开关，RW1 旋到满度的1／3 位置（即逆时针旋到底再顺时针旋2圈），仔细调节RW2使主机箱电压表显示为零。
3、合上主机箱上的气源开关，启动压缩泵，逆时针旋转转子流量计下端调压阀的旋钮，此时可看到流量计中的滚珠向上浮起悬于玻璃管中，同时观察气压表和电压表的变化。
4、调节流量计旋钮，使气压表显示某一值，观察电压表显示的数值。
5、仔细地逐步调节流量计旋钮，使压力在2～18KPa之间变化，每上升1KPa 气压分别读取电压表读数，将数值列于表4-1。
表4-1P(KPa)2345678910Vo(p-p)P(KPa)1112131415161718Vo(p-p)6、画出实验曲线计算本系统的灵敏度和非线性误差。
实验二 扩散硅压阻式传感器模块 d1
实验二扩散硅压阻式压力传感器实验模块2.1实验目的：实验2.1.1：了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。
工作原理：是指利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。
单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化，通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出。
压阻式传感器用于压力、拉力、压力差和可以转变为力的变化的其他物理量（如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度）的测量和控制。
转换原理：在具有压阻效应的半导体材料上用扩散或离子注入法，，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。
平时敏感芯片没有外加压力作用，内部电桥处于平衡状态，当传感器受压后芯片电阻发生变化，电桥将失去平衡，给电桥加一个恒定电压源，电桥将输出与压力对应的电压信号，这样传感器的电阻变化通过电桥转换成压力信号输出。
压阻效应:当力作用于硅晶体时，晶体的晶格产生变形,使载流子从一个能谷向另一个能谷散射,引起载流子的迁移率发生变化，扰动了载流子纵向和横向的平均量，从而使硅的电阻率发生变化。
这种变化随晶体的取向不同而异，因此硅的压阻效应与晶体的取向有关。
硅的压阻效应不同于金属应变计（见电阻应变计），前者电阻随压力的变化主要取决于电阻率的变化，后者电阻的变化则主要取决于几何尺寸的变化（应变），而且前者的灵敏度比后者大50～100倍。
实验2.1.2：了解利用压阻式压力传感器进行差压测量的方法。
2.2实验设备和元件：2.2.1 实验设备：实验台所属各分离单元和导线若干。
2.2.2 其他设备：2号扩散压阻式压力传感器实验模块，14号交直流，全桥，测量，差动放大实验模块，数显单元20V，直流稳压源+5V，+_12V电源。
2.3实验内容：2.3.1扩散压阻式压力传感器一般介绍：单晶硅材料在受到外力作用产生极微小应变时（一般步于400微应变），其内部原子结构的电子能级状态会发生变化，从而导致其电阻率剧烈变化（G因子突变）。
压阻式压力传感器的压力测量实验
实验二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和方法。
二、基本原理：扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条，接成电桥。
在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入测量电路，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。
图一压阻式压力传感器压力测量实验三、需用器件与单元：主机箱、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、引压胶管。
四、实验步骤：1、将压力传感器安装在实验模板的支架上，根据图二连接管路和电路（主机箱内的气源部分，压缩泵、贮气箱、流量计已接好）。
引压胶管一端插入主机箱面板上气源的快速接口中（注意管子拆卸时请用双指按住气源快速接口边缘往内压，则可轻松拉出），另一端口与压力传感器相连。
压力传感器引线为4芯线： 1端接地线，2端为U0＋，3端接＋4V电源， 4端为Uo－，接线见图9-2。
2、实验模板上RW2用于调节放大器零位，RW1调节放大器增益。
按图9-2将实验模板的放大器输出V02接到主机箱(电压表)的Vin插孔，将主机箱中的显示选择开关拨到2V档，合上主机箱电源开关，RW1旋到满度的1／3位置(即逆时针旋到底再顺时针旋2圈)，仔细调节RW2使主机箱电压表显示为零。
3、输入气压，压力上升到4Kpa左右时调节调节Rw2（低限调节），，使电压表显示为相应的0.4V左右。
再仔细地反复调节旋钮使压力上升到19Kpa左右时调节差动放大器的增益电位器Rw1（高限调节），使电压表相应显示1.9V左右。
4、再使压力慢慢下降到4Kpa，调节差动放大器的调零电位器，使电压表显示为相应的0.400V。
再仔细地反复调节汽源使压力上升到19Kpa时调节差动放大器的增益电位器，使电压表相应显示1.900V。
5、重复步骤4过程，直到认为已足够精度时仔细地逐步调节流量计旋钮，使压力在4－19KPa之间变化，每上升3KPa气压分别读取电压表读数，将数值列于表1。
中南大学自动检测与控制实验报告4
中南大学
自动检测与过程控制实验报告
XXXXXXX 院系 XXXX 专业 XXXX 班级姓名 XXXXX 学号XXXXXXX 同组者
实验日期 201X 年X 月 X 日指导老师
2. 检查气路系统，分别推进气室1、2的两个活塞，对应的气压计有显示压力值并能保持不动。
3. 接入+5V、±15V直流稳压电源，模块输出端Uo2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. 退回气室1、2的两个活塞，使两个气压计均指在“零”刻度处，将MP×10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，每隔0.005Mpa记。
传感器实验指南
目录实验一压阻式压力传感器的特性测试实验 (2)实验二电容传感器的位移特性实验 (5)实验三直流激励线性霍尔传感器的位移特性实验 (9)实验四电涡流传感器材料分拣的应用实验 (12)实验五光纤传感器位移测量实验 (14)实验一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1-1 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1-2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。
图1-2 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1-3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。
（进行此步之前，请先仔细阅读：七、实验报告要求）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。
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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i ，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i E ⋅∆=ρ，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 。
i d E d U O ⋅∆⋅=⋅=ρ （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V o2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
P1-Uo2曲线图
P1/kP
U o 2/V
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
（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
（表2）
用matlab 绘制P2-Uo2曲线图如下图所示
减小P2-Uo2曲线
P2/ kP
U o 2/
V
减小P1-Uo2曲线图
P1/kP
U o 2/ V
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
（表3）
用matlab 绘制P1-Uo2曲线图如下图所示
0.005
0.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.050.0550.060.0650.070.0750.080.0850.09
减小P2-Uo2曲线
P2/ kP
U o 2/
V
P1-Uo2拟合直线
U o 2/V
（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=ΔU/ΔP =拟合直线斜率 非线性误差δf =Δm/y F..S ×100％ （Δm 为输出值与拟合直线的最大偏差，y F ·S 为满量程输出平均值）
（1）
P2-Uo2曲线图
气压P2/kP
U o 2/ V
减小P1-Uo2曲线图
P1/kP
U o 2/ V
y = p1*x + p2 p1 = 110.3 p2 = 0.87657 由图读出Δm=0.392
故 灵敏度S ＝L=ΔU/ΔP =p1=110.3v/kp
非线性误差δf =(0.392/11.4) ×100％=3.5% (2)
y = p1*x + p2 p1 = -115.24 p2 = 11.765 由图读出Δm=0.65 故 灵敏度L=ΔU/ΔP =p1=-115.24 v/kp 非线性误差δf =(0.65/10.72) ×100％=6.1% （3）
y = p1*x + p2 p1 = 91.498 p2 = -9.3923 由图读出Δm=0.45 故 灵敏度L ＝ΔU/ΔP =p1=91.498v/kp 非线性误差δf =(0.45/8.87) ×100％=5.1%
减小P2-Uo2曲线
P2/ kP
U o 2/ V
（4）
y = p1*x + p2 p1 = -96.409 p2 = 0.23275 由图读出Δm=0.58 故 灵敏度L ＝ΔU/ΔP =p1=-96.409v/kp 非线性误差δf =(0.58/8.84)×100％=6.6%
六、实验报告
1．根据实验所得数据，计算压力传感器输入P （P1-P2）—输出Uo2曲线。
计算灵敏度L=ΔU/ΔP ，非线性误差δf 。
图11-2 扩散硅压力传感器接线图。