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。

Vo+Vs--+放大单元VS+压阻式压力传感器主台体上电压表Vo-+4V

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电电电电电±15V电电电电电电电电电电-15V+15VGND电VCCVout+电D4D3C4C5D5电E1E2电D6D5++电GNDVout-S1R29R28电+5V电电电电电C1R1R3C3电电电电VinR12IC1R5R18R8R19R13R2R4IC3R10IC4R17R6IC2D2VinR16D1R7R21R9电Vout电电电电电GND电电电210K420K651KC2R30R14R20R31R21R211357P18100KRW1电电电电电电RW2电电电电电电电电电电电电电电电±15V电电电电电电电电电电-15V+15VGND电VCCVout+电D4D3C4C5D5电E1E2电D6D5++电GNDVout-S1R29R28电+5V电电电电电C1R1R3C3电电电电VinR12IC1R5R18R8R19R13R2R4IC3R10IC4R17R6IC2D2VinR16D1R7R21R9电Vout电电电电电GND电电电210K420K651KC2R30R14R20R31R21R211357P18100KRW1电电电电电电RW2

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） Vo(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。