压阻式压力传感器的压力测量实验

  中国疫情防疫工作取得了阶段性的胜利，越来越多的省份加入了开学队伍，但这只是针对高三初三升学年级。有网友调侃表示还是开学要毕业了，那么高校生何时才能开学呢？根据教育部提出的开学顺序，大学生是排在了后一个序列，大学生人员流动性大，包含着多跨省流动，这对防疫工作会增加一个难度。近日有3个省明确了高校开学时间，大学生开学已经提上日程。

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、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10—1为压阻式压力传感器压力测量实验原理图。

图10—1  压阻式压力传感器压力测量实验原理

三、需用器件与单元：

机头静态位移安装架、压阻式压力传感器、传感器输入插座、引压胶管、铜三通、手捏气泵、压力表；主板中的F／V表、+4V直流电源、压阻输出口、差动放大器。

四、实验步骤：

1、将压阻式压力传感器安装在机头静态位移安装架上，并连接好引压胶管、压力表和手捏气泵等。如图10—2所示，并松开手捏气泵的单向阀。

2、在主板上按图10—3接线（注意：压阻的电源端VS与输出端Vo不能接错），将F／V表量程切换开关切到2V档。检查接线无误后合上实验箱主电源开关，并将差动放大器的拨动开关拨到“开”位置。将差动放大器的增益电位器按顺时针方向轻轻转到底后再逆向回转半圈，调节调零电位器，使电压表显示电压为零。

3、锁紧手捏气泵的单向阀，仔细地反复手捏(注意：用力不要过大) 气泵并同时观察

压力表，压力上升到3Kpa左右时调节差动放大器的调零电位器，使电压表显示为相应的0.3V左右。再仔细地反复手捏气泵压力上升到19Kpa左右时调节差动放大器的增益电位器，使电压表相应显示1.9V左右。

图10—2 压阻式压力传感器测压实验安装图

图10—3 压阻式压力传感器测压实验接线图

4、仔细地慢悠悠松开手捏气泵的单向阀，使压力慢慢下降到3Kpa时锁紧气泵的单向阀，调节差动放大器的调零电位器，使电压表显示为相应的0.300V。再仔细地反复手捏气泵压力上升到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调节手捏气泵使压力在3～19KPa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10。

表10 压阻式压力传感器测压实验数据

6、画出实验曲线计算本系统的灵敏度和非线性误差。实验完毕，关闭所有电源。