了解擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器測(cè)量壓力的原理與方法。

二、實(shí)驗(yàn)儀器

壓力傳感器模塊、溫度傳感器模塊、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源+5V、±15V。

三、實(shí)驗(yàn)原理

在具有壓阻效應(yīng)的半導(dǎo)體材料上用擴(kuò)散或離子注入法，摩托羅拉公司設(shè)計(jì)出X形硅壓力傳感器如下圖所示：在單晶硅膜片表面形成4個(gè)阻值相等的電阻條。并將它們連接成惠斯通電橋，電橋電源端和輸出端引出，用制造集成電路的方法封裝起來，制成擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器。

擴(kuò)散硅壓力傳感器的工作原理：在X形硅壓力傳感器的一個(gè)方向上加偏置電壓形成電流，當(dāng)敏感芯片沒有外加壓力作用，內(nèi)部電橋處于平衡狀態(tài)，當(dāng)有剪切力作用時(shí)，在垂直電流方向?qū)��?huì)產(chǎn)生電場(chǎng)變化，該電場(chǎng)的變化引起電位變化，則在端可得到被與電流垂直方向的兩測(cè)壓力引起的輸出電壓Uo。

                                              （11-1）

式中d為元件兩端距離。

實(shí)驗(yàn)接線圖如圖11-2所示，MPX10有4個(gè)引出腳，1腳接地、2腳為Uo+、3腳接+5V電源、4腳為Uo-；當(dāng)P1>P2時(shí)，輸出為正；P1

 圖11-1 擴(kuò)散硅壓力傳感器原理圖

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

1．接入+5V、±15V直流穩(wěn)壓電源，模塊輸出端Vo2接控制臺(tái)上數(shù)顯直流電壓表，選擇20V檔，打開實(shí)驗(yàn)臺(tái)總電源。

4．調(diào)節(jié)Rw2到適當(dāng)位置并保持不動(dòng)，用導(dǎo)線將差動(dòng)放大器的輸入端Ui短路，然后調(diào)節(jié)Rw3使直流電壓表200mV檔顯示為零，取下短路導(dǎo)線。

5．氣室1、2的兩個(gè)活塞退回到刻度“17”的小孔后，使兩個(gè)氣室的壓力相對(duì)大氣壓均為0，氣壓計(jì)指在“零”刻度處，將MPX10的輸出接到差動(dòng)放大器的輸入端Ui，調(diào)節(jié)Rw1使直流電壓表200mv檔顯示為零。

6．保持負(fù)壓力輸入P2壓力零不變，增大正壓力輸入P1的壓力到0.01MPa，每隔0.005Mpa記下模塊輸出Uo2的電壓值。直到P1的壓力達(dá)到0.095Mpa；填入下表。

7．保持正壓力輸入P1壓力0.095Mpa不變，增大負(fù)壓力輸入P2的壓力，從0.01MPa每隔0.005Mpa記下模塊輸出Uo2的電壓值。直到P2的壓力達(dá)到0.095Mpa；填入下表。

8．保持負(fù)壓力輸入P2壓力0.095Mpa不變，減小正壓力輸入P1的壓力，每隔0.005Mpa記下模塊輸出Uo2的電壓值。直到P1的壓力為0.005Mpa；填入下表。

9．保持負(fù)壓力輸入P1壓力0Mpa不變，減小正壓力輸入P2的壓力，每隔0.005Mpa記下模塊輸出Uo2的電壓值。直到P2的壓力為0.005Mpa；填入下表。

10．實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源，整理好實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1．根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，計(jì)算壓力傳感器輸入P（P1-P2）—輸出Uo2曲線。計(jì)算靈敏度L=ΔU/ΔP，非線性誤差δ_f。

圖11-2 擴(kuò)散硅壓力傳感器接線圖