POLITECHNIKA ŚLĄSKA Wydział Elektryczny Laboratorium Sensoryki	Studia stacjonarne dwustopniowe Kierunek: EL Rok akademicki: 2009/2010 Semestr: VI.
Temat ćwiczenia: Badanie piezorezystancyjnego czujników ciśnienia.
Studenci: Polok Bartosz Siwek Piotr Górka Kamil Martin Damian	Data: 23. 04. 2010 Grupa AME Sekcja 4 Prowadzący: dr inż. H. Urzędniczok

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było dokonanie pomiarów do wykonania charakterystyk statycznych piezoelektrycznego czujnika ciśnienia.

2. Przebieg ćwiczenia

W trakcie ćwiczenia dokonaliśmy:

1. Pomiary wartości oporu rezystorów półprzewodnikowych zastosowanych w czujniku;

2. Pomiar napięcia wyjściowego z mostka bez kompensacji oraz stabilizacji;

3. Pomiar napięcia wyjściowego z mostka bez kompensacji ze stabilizowanym prądem;

4. Pomiar napięcia wyjściowego z mostka z kompensacją ze stabilizowanym prądem;

5. Pomiar napięcia wyjściowego z mostka z kompensacją ze stabilizowanym napięciem;

Pomiary dokonywane przy zwiększanym ciśnieniu.

1. Tabele pomiarowe

a) Pomiary wartości oporu rezystorów półprzewodnikowych zastosowanych w czujniku

R1 [Ω]	P [kPa]	R2 [Ω]
54	40	55,04
54,29	34	55
54,36	32,3	54,96
54,43	28,5	54,94
54,48	24,6	54,91
54,56	20,1	54,88
54,6	16,3	54,85
54,65	12,1	54,83
54,71	8,5	54,79
54,77	4,2	54,75
54,83	0	54,71

b) Pomiar napięcia wyjściowego z mostka bez kompensacji oraz stabilizacji

P [kPa]	Uwy [mV]	Uz [V]	Iz [mA]
0	5,85	6,003	1,092
4	10,6	6,003	1,092
8	15,35	6,003	1,092
12	20,03	6,003	1,092
16	24,9	6,003	1,093
20	29,68	6,003	1,093
24	34,41	6,007	1,0094
28	39	6,007	1,0094
32	43,9	6,007	1,0095
36	48,6	6,007	1,0095
40	53,41	6,007	1,0095

c) Pomiar napięcia wyjściowego z mostka bez kompensacji ze stabilizowanym prądem

P [kPa]	Uwy [mV]	Uz [V]	Iz [mA]
0	5,32	5,49	1
4	9,61	5,49	1
8	14,01	5,486	1
12	18,32	5,482	1
16	22,64	5,485	1
20	27,2	5,87	1
24	31,3	5,487	1
28	35,7	5,483	1
32	40,1	5,483	1
36	44,3	5,482	1
40	48,72	5,483	1

d) Pomiar napięcia wyjściowego z mostka z kompensacją ze stabilizowanym prądem

P [kPa]	Uwy [mV]	Uz [V]	Iz [mA]	R1d [Ω]	R11 [Ω]
0	0	5,49	1	21,2	0
4	4,26	5,495	1
8	8,72	5,493	1
12	13,01	5,492	1
16	17,4	5,492	1
20	21,7	5,491	1
24	26,02	5,491	1
28	30,33	5,49	1
32	34,65	5,489	1
36	39,03	5,488	1
40	43,36	5,488	1

e) Pomiar napięcia wyjściowego z mostka z kompensacją ze stabilizowanym napięciem

P [kPa]	Uwy [mV]	Uz [V]	Iz [mA]	R1d [Ω]	R11 [Ω]
0	0	6,007	1,093	21,5	0
4	4,7	6,007	1,093
8	9,52	6,007	1,093
12	14,25	6,007	1,093
16	19,04	6,007	1,093
20	23,7	6,007	1,093
24	28,46	6,007	1,093
28	33,22	6,007	1,094
32	37,96	6,007	1,094
36	42,64	6,007	1,094
40	47,42	6,007	1,094

2. Wykonane obliczenia oraz charakterystyki

1. Pomiary wartości oporu rezystorów półprzewodnikowych zastosowanych w czujniku

P [kPa]	R1 [Ω]	R2 [Ω]	R1 obl [Ω]	R2 obl [Ω]	Błąd dla R1 [Ω]	Błąd dla R2 [Ω]
40	54	55,04	54,07	54,93	0,074	0,1
34	54,29	55	54,25	54,90	0,038	0,094
32,3	54,36	54,96	54,29	54,89	0,062	0,063
28,5	54,43	54,94	54,39	54,87	0,036	0,064
24,6	54,48	54,91	54,48	54,85	0,00073	0,056
20,1	54,56	54,88	54,56	54,82	0,0087	0,05
16,3	54,6	54,85	54,63	54,80	0,032	0,041
12,1	54,65	54,83	54,69	54,78	0,04	0,044
8,5	54,71	54,79	54,73	54,76	0,021	0,024
4,2	54,77	54,75	54,76	54,74	0,0021	0,008
0	54,83	54,71	54,79	54,71	0,038	0,009

R1_obl zostało wyznaczone ze wzoru funkcji będącej aproksymacją otrzymanej z pomiarów charakterystyki.

błąd to wartość bezwzględna różnicy między wartością zmierzoną, a otrzymaną z obliczeń.

Błąd nieliniowości wynosi:

R2_obl zostało wyznaczone ze wzoru funkcji będącej aproksymacją otrzymanej z pomiarów charakterystyki.

błąd to wartość bezwzględna różnicy między wartością zmierzoną, a otrzymaną z obliczeń.

Błąd nieliniowości wynosi:

2. Pomiar napięcia wyjściowego z mostka bez kompensacji oraz stabilizacji

P [kPa]	Uwy [mV]	Uwy obl [mV]	Błąd [mV]
0	5,85	5,84	0,0063
4	10,6	10,59	0,0027
8	15,35	15,35	0,0009
12	20,03	20,1	0,074
16	24,9	24,85	0,041
20	29,68	29,61	0,068
24	34,41	34,36	0,044
28	39	39,11	0,11
32	43,9	43,87	0,027
36	48,6	48,62	0,026
40	53,41	53,38	0,03

U_obl zostało wyznaczone ze wzoru funkcji będącej aproksymacją otrzymanej z pomiarów charakterystyki.

błąd to wartość bezwzględna różnicy między wartością zmierzoną, a otrzymaną z obliczeń.

Błąd nieliniowości wynosi:

3. Pomiar napięcia wyjściowego z mostka bez kompensacji ze stabilizowanym prądem

P [kPa]	Uwy [mV]	Uwy obl [mV]	Błąd [mV]
0	5,32	5,317	0,0022
4	9,61	9,65	0,048
8	14,01	13,99	0,011
12	18,32	18,33	0,019
16	22,64	22,67	0,039
20	27,2	27,02	0,18
24	31,3	31,36	0,06
28	35,7	35,7	0,0009
32	40,1	40,04	0,058
36	44,3	44,38	0,08
40	48,72	48,72	0,0022

U_obl zostało wyznaczone ze wzoru funkcji będącej aproksymacją otrzymanej z pomiarów charakterystyki.

błąd to wartość bezwzględna różnicy między wartością zmierzoną, a otrzymaną z obliczeń.

Błąd nieliniowości wynosi:

4. Pomiar napięcia wyjściowego z mostka z kompensacją ze stabilizowanym prądem

P [kPa]	Uwy [mV]	Uwy obl [mV]	Błąd [mV]
0	0	0,0013	0,0013
4	4,26	4,33	0,077
8	8,72	8,67	0,047
12	13,01	13	0,0014
16	17,4	17,34	0,055
20	21,7	21,68	0,02
24	26,02	26	0,0042
28	30,33	30,35	0,021
32	34,65	34,68	0,037
36	39,03	39,02	0,007
40	43,36	43,35	0,0013

U_obl zostało wyznaczone ze wzoru funkcji będącej aproksymacją otrzymanej z pomiarów charakterystyki.

błąd to wartość bezwzględna różnicy między wartością zmierzoną, a otrzymaną z obliczeń.

Błąd nieliniowości wynosi:

5. Pomiar napięcia wyjściowego z mostka z kompensacją ze stabilizowanym napięciem

P [kPa]	Uwy [mV]	Uwy obl [mV]	Błąd [mV]
0	0	0,012	0,012
4	4,7	4,75	0,054
8	9,52	9,49	0,024
12	14,25	14,23	0,013
16	19,04	18,97	0,062
20	23,7	23,71	0,019
24	28,46	28,46	0,00036
28	33,22	33,2	0,018
32	37,96	37,94	0,017
36	42,64	42,68	0,044
40	47,42	47,42	0,0054

U_obl zostało wyznaczone ze wzoru funkcji będącej aproksymacją otrzymanej z pomiarów charakterystyki.

błąd to wartość bezwzględna różnicy między wartością zmierzoną, a otrzymaną z obliczeń.

Błąd nieliniowości wynosi:

3. Wnioski

• Pomiar ciśnienia przy zastosowaniu samych piezorezystorów byłby obarczony dużymi błędami z powodu trudności przy przetwarzaniu uzyskanych danych.

• Układ mostka znacznie ogranicza błąd pomiaru poprzez wprowadzenie liniowości charakterystyki

• Kolejne zabiegi jak stabilizacja jednego z parametrów zasilania oraz dołączenia układu kompensacji, sprawiają polepszanie liniowości charakterystyki a co za tym idzie zmniejszanie błędu

• Z analizy wyników widać iż większe korzyści daje stabilizacja napięcia zasilania.

• Stabilizacja jednego z parametrów zasilania sprawia iż zmiany drugie zmniejszają swój zakres

---