第二次传感器实验..doc

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的工作机理是半导体应变片的压阻效应，在半导体受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P型或N型电阻条）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2—1为压阻式压力传感器压力测量实验原理图。 图2—1 压阻式压力传感器压力测量实验原理 三、实验设备与器件单元 主机箱、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、引压胶管。 实验步骤 将压力传感器安装在实验模板的支架上，根据图2－2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2－2。 图2－2 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2－2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、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在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、仔细地逐步调节流量计旋钮，从4Kpa开始使压力在4－55KPa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2（仔细调节气压，调好气压后等电压显示稳定后再读数）。 表2 压阻式压力传感器测压实验数据（请自制合适的表格用于填写实验数据） P(KPa) 4 7 10 13 16 19 22 25 28 Vo(mv) 77 132 187 240 298 353 403 458 514 P(KPa) 31 34 37 40 43 46 49 52 55 Vo(mv) 573 626 679 739 789 844 898 952 1008 5、根据实验数据画出P－V曲线，计算本系统的灵敏度S和非线性误差δ。 上图为实验测量得出的P－V关系曲线。 上图为线性拟合直线。 从图中可以看出 k=s=18.281，由此得出下表： P(KPa) 4 7 10 13 16 19 22 25 28 Vo(mv) 77 132 187 240 298 353 403 458 514 拟合直线的P(KPa) 76.4267 131.2697 186.1127 240.9557 295.7987 350.6417 405.4847 460.3277 515.1707 Δmv -0.5733 -0.7303 -0.8873 0.9557 -2.2013 -2.3583 2.4847 2.3277 1.1707 P(KPa) 31 34 37 40 43 46 49 52 55 Vo(mv) 573 626 679 739 789 844 898 952 1008 拟合直线的P(KPa) 570.0137 624.8567 679.6997 734.5427 789.3857 844.2287 899.0717 953.9147 1008.758 Δmv -2.9863 -1.1433 0.6997 -4.4573 0.3857 0.2287 1.0717 1.9147 0.7577 由上表知，Δm = -4.4573，δ=Δm/yFS ×100％=0.442% 6、实验完毕，关闭电源，整理好实验台上的实验物品。 五、思考题 查阅传感器相关理论知识，说明压阻式压力传感器大致有几种类型，在应用上各有什么特点。 压阻式压力传感器主要有以下三种类型：? 1.?扩散硅? 扩散硅传感器灵敏度和精度最高，适合测量1kpa到40Mpa的压力范围。 2.?陶瓷压阻 陶瓷压阻式压力传感器过载能力低一些，抗冲击压力较差，但灵敏度较高，适合测量50Kpa以上的高量程范围，而且耐腐蚀，温度范围也很宽.? 3.?应变片? 过载能力强和抗冲击压力强