扩散硅压阻式压力传感器压力测量实验优化

（1）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。

（2）实验仪器

压力传感器模块、数显直流电压表、直流稳压源＋5 V、±15 V。

（3）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形硅压力传感器如图7.7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。

扩散硅压阻式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E＝Δρ·i，该电场的变化引起电位变化，则在传感器两端可得到被与电流垂直方向的两侧压力引起的输出电压Uo。

式中　d——元件两端距离。

实验接线图如图7.7所示，MPX10有4个引出脚，1脚接地、2脚为Uo＋、3脚接＋5 V电源、4脚为Uo－；当P1＞P2时，输出为正；当P1＜P2时，输出为负。

图7.7　扩散硅压阻式压力传感器原理图

（4）实验内容与步骤

①接入＋5 V、±15 V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20 V挡，打开实验台总电源。

②调节Rw3到中间位置并保持不动，用导线将差动放大器的输入端Ui短路，然后调节Rw2使直流电压表200 mV挡显示为零，取下短路导线。(www.xing528.com)

③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200 mV挡显示为零。

④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0.01 MPa，每隔0.005 MPa记下模块输出Uo2的电压值。直到P1的压力达到0.095 MPa，填入下表。

⑤保持正压力输入P1压力0.095 MPa不变，增大负压力输入P2的压力，从0.01 MPa每隔0.005 MPa记下模块输出Uo2的电压值。直到P2的压力达到0.095 MPa，填入下表。

⑥保持负压力输入P2压力0.095 MPa不变，减小正压力输入P1的压力，每隔0.005 MPa记下模块输出Uo2的电压值。直到P1的压力为0.005 MPa，填入下表。

⑦保持正压力输入P1压力0 MPa不变，减小负压力输入P2的压力，每隔0.005 MPa记下模块输出Uo2的电压值。直到P2的压力为0.005 MPa，填入下表。

⑧实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。

图7.8　扩散硅压力传感器接线图

（5）实验报告

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。