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资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载压力传感器调理电路的设计地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容天津大学毕业设计（论文）题目：压力传感器信号调理电路的设计学院电气与自动化工程学院专业电气自动化技术学生姓名汪文腾学生学号 4009203024指导教师陈曦提交日期 2012年 6月 2日摘要随着微电子工业的迅速发展，压力传感器广泛的应用于我们的日常生活中，为了使同学们对压力传感器有较深入的理解。
经过综合的解析选择了由实际中的应用作为研究项目，本文通过介绍一种基于压力传感器实现的实际电路搭建的设计方法，该控制器以压力传感器为核心，通过具备运放来实现放大电路等功能。
另外，使用运放的压力传感器再实际电路搭建中被广泛应用。
通过对模型的设计可以非常好的延伸到具体的应用案例中。
关键词：压力传感器；运放；电路；目录TOC \o "1-3" \h \z \u HYPERLINK \l "_Toc326965022" 第一章绪论 PAGEREF _Toc326965022 \h 1HYPERLINK \l "_Toc326965023" 1.1器械基本组成及制作工艺PAGEREF _Toc326965023 \h 1HYPERLINK \l "_Toc326965024" 1.2压力传感器 PAGEREF_Toc326965024 \h 3HYPERLINK \l "_Toc326965025" 1.2.1压力传感器的原理 PAGEREF _Toc326965025 \h 3HYPERLINK \l "_Toc326965026" 1.3通过运放实现的放大电路的压力传感器 PAGEREF _Toc326965026 \h 4HYPERLINK \l "_Toc326965027" 1.3.1三运放差分放大电路 PAGEREF _Toc326965027 \h 4HYPERLINK \l "_Toc326965028" 1.3.2 UA741运放型号的介绍PAGEREF _Toc326965028 \h 5HYPERLINK \l "_Toc326965029" 1.3.3运算放大器在实际中的应用PAGEREF _Toc326965029 \h 5HYPERLINK \l "_Toc326965030" 第二章电路仿真 PAGEREF_Toc326965030 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965031" 2.1 EWB简介 PAGEREF_Toc326965031 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965032" 2.2 EWB5.0的基本功能 PAGEREF _Toc326965032 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965033" 2.2.1建立电路原理图方便快捷PAGEREF _Toc326965033 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965034" 2.2.2用虚拟仪器仪表测试电路性能参数及波形准确直观 PAGEREF _Toc326965034 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965035" 2.3实际电路的搭建流程 PAGEREF _Toc326965035 \h 7HYPERLINK \l "_Toc326965036" 2.4实际电路在EWB上的波形图PAGEREF _Toc326965036 \h 11HYPERLINK \l "_Toc326965037" 第三章实际电路的搭建 PAGEREF _Toc326965037 \h 21HYPERLINK \l "_Toc326965038" 3.1实际实验电路的搭建 PAGEREF _Toc326965038 \h 21HYPERLINK \l "_Toc326965039" 第四章误差分析 PAGEREF_Toc326965039 \h 24HYPERLINK \l "_Toc326965040" 4.1误差分析 PAGEREF_Toc326965040 \h 24HYPERLINK \l "_Toc326965041" 第五章总结与展望 PAGEREF _Toc326965041 \h 24HYPERLINK \l "_Toc326965042" 5.1总结 PAGEREF_Toc326965042 \h 24HYPERLINK \l "_Toc326965043" 5.2展望 PAGEREF_Toc326965043 \h 25HYPERLINK \l "_Toc326965044" 致谢 PAGEREF_Toc326965044 \h 26HYPERLINK \l "_Toc326965045" 参考文献 PAGEREF_Toc326965045 \h 27第一章绪论传感器是将各种非电量(包括物理量、化学量、生物量等)按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量(一般为电量)的装置。
单晶硅压力变送器差压变送器如何实现高稳定性 当前高稳定性压力、差压变送器在自动化领域的应用越来越重要，如何发展具备中国自主知识产权的高稳定性压力变送器是中国本土变送器制造厂商面临着的一个非常严峻的问题。
然而通过实践表明可以从超稳型单晶硅原理芯片的选择、超稳型单晶硅硅片的无应力封装、回程误差的消除、静压误差的减弱和补偿、仪表量程比的拓宽、接液面的特殊处理以及超高温测量等诸多技术方面的着手和突破，可以大幅提升高稳定性压力、差压变送器的全性能、准确度等级和可靠性。
从而弥补国外高端变送器对中国市场的垄断和冲击。
压力变送器、差压变送器作为一种高精密的测量仪器，在自动化领域的应用非常普遍和意义重大。
在大多数的重要工业领域都得到广泛的应用，如火力发电、核电、石油冶炼、化工、钢铁、造纸、制药、食品、水泥制造等领域。
然而在这些广泛的应用领域中，由中国人自己研发和制造的中高端压力变送器非常匮乏，几乎完全被美国、日本、德国、瑞士等工业发达国家的压力变送器所垄断。
这对当前飞速发展的中国国民经济来说，是一个巨大的安全隐患。
所以对于研发和规模化生产具有中国自有知识产权的高稳定性压力、差压变送器显得越来越重要和意义重大。
昌晖仪表制造有限公司正是立足于这种国内空白，通过数年的时间从瑞士引进和学习先进技术，以及通过适应国产化生产特点的再研发和大规模试生产验证，最终形成了单晶硅电阻原理的中高端压力、差压变送器生产线。
当前中国市场上主流的高稳定性压力、差压变送器主要分为三种类型和原理。
第一种为以美国制造商研发和生产的金属电容式压力、差压变送器，其代表性的型号为1151系列和3051C/S系列。
其工作原理为：外界压差传递到内部的金属电容极板，当极板发生位移后即产生电容量的变化，将这种电容量的变化通过电子电路收集、放大和软件补偿处理后，就得到压力信号的线性输出。
1151系列电容式传感器技术由80年代开始引进入中国大陆以后，在国内得到了大规模的仿造和推广，至2016年止国内仿制的制造厂商达到了近100家，比较典型的国内制造商有上海、西安、北京、重庆以及核工业部等仪表公司。
MEMS压力传感器名词解释：MEMS：Micro-Electro Mechanical System，微型电子机械系统或微机电系统，是利用半导体集成电路加工和超精密机械加工等多种技术，并应用现代信息技术制作而成的微型器件或系统。
半导体集成电路：一种通过一定工艺把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，具备所需电路功能的微型电子器件或部件。
晶圆：硅半导体集成电路或 MEMS 器件和芯片制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆。
单晶硅：硅的一种形态，具有完整的点阵结构且晶体内原子都是呈周期性规则排列的硅晶体，是 MEMS 的主要材料。
多晶硅：硅的一种形态，晶体内各局部区域里原子呈周期性排列，但不同局部区域之间的原子排列无序，在MEMS 中多用于结构层和电极导电层。
二氧化硅：硅的一种氧化物，一般指通过热氧化和沉积等方法制作而成的薄膜材料，在MEMS 中多用于绝缘层、掩膜和牺牲层。
惠斯顿电桥：由四个电阻组成的电桥电路，是一种可利用电阻变化来测量外部物理量变化的电路器件设计。
压电效应：某些电介质受到外部机械力作用而变形时，电介质材料内部产生极化并产生正负相反的电荷的现象。
EDA：Electronic Design Automation，电子设计自动化，指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术，完成电子产品的自动设计。
封装：集成电路和 MEMS 的安装、固定、密封工艺过程，具有实现集成电路、MEMS 管脚与外部电路的连接，并防止外界杂质腐蚀电路的作用。
PCB：Printed Circuit Board，印制电路板，是组装电子产品各电子元器件用的基板，是在通用基材上按预定设计形成点间连接及印制元件的印制板。
温漂：温度漂移，指环境温度变化造成半导体集成电路、MEMS 等器件性能参数变化，导致器件参数不稳定甚至无法工作的现象。
1.引言汽车传感器是汽车电子化、智能化的基础和关键，而其中使用较多、发展最快的是压力传感器。
汽车压力传感器应用在汽车的很多系统中，如电子检测系统、保安防撞系统等。
其中应用在轮胎气压方面的目的在于最大限度地减少或消除高压爆胎和低压辗胎造成的轮胎早期的损坏，使轮胎经常保持标准气压，延长轮胎的寿命，降低轮胎的消耗，提高经济效益。
有报道说，将微型压力传感器埋置于汽车轮胎中，测量其中气压，以控制对轮胎的充气量，避免过量和不够，由此可节省百分之十的汽油。
2.汽车压力传感器2.1 压力传感器的原理和应用分类传感器是将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。
传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还需外加辅助电源。
传感器方框图如图1所示。
传感器方框图制造半导体压力传感器的基本原理是利用硅晶体的压阻效应。
单晶硅材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。
压力传感器所用的元件材料是具有压阻效应的单晶硅、扩散掺杂硅和多晶硅。
根据晶体不受定向应力时，电导率是同性的，只有受定向应力时才表现出各向异性，由于应力能引起能带的变化，能谷能量移动，导致电阻率的变化，于是就有电阻的变化，从而产生压阻效应。
单晶硅效应包括n型和p型硅压阻效应。
选用扩散硅目的在于在设计制造压力传感器时可根据不同温度下硅扩散层的压阻特性选择合适的扩散条件，力求使压力传感器具有良好的性能。
多晶硅在传感器中有广泛的用途，可作为微结构和填充材料、敏感材料。
压力传感器按用途分类主要是压力监视、压力测量和压力控制及转换成其他量的测量。
按供电方式分为压阻型和压电型传感器，前者是被动供电的，需要有外电源。
后者是传感器自身产生电荷，不需要外加电源，根据不同领域对压力测量的精度不同分为低精度和高精度的压力传感器。
2.2 气压传感器1）能和原理：主要是用来检测气压的传感器。
电容式和单晶硅谐振式;力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等电容式和单晶硅谐振式;溅射薄膜式：1、半导体应变片压力传感器电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。
它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。
电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。
金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。
通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。
这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是 A/D转换和CPU）显示或执行机构。
金属电阻应变片的内部结构如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。
根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。
而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。
一般均为几十欧至几十千欧左右。
电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。
金属导体的电阻值可用下式表示：式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m） S——导体的截面积（cm2） L——导体的长度（m）我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。
利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。
单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化，通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出。
压阻式传感器用于压力、拉力、压力差和可以转变为力的变化的其他物理量（如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度）的测量和控制（见加速度计）。
压阻效应当力作用于硅晶体时，晶体的晶格产生变形,使载流子从一个能谷向另一个能谷散射,引起载流子的迁移率发生变化，扰动了载流子纵向和横向的平均量，从而使硅的电阻率发生变化。
这种变化随晶体的取向不同而异，因此硅的压阻效应与晶体的取向有关。
硅的压阻效应不同于金属应变计（见电阻应变计），前者电阻随压力的变化主要取决于电阻率的变化，后者电阻的变化则主要取决于几何尺寸的变化（应变），而且前者的灵敏度比后者大50～100倍。
压阻式压力传感器的结构这种传感器采用集成工艺将电阻条集成在单晶硅膜片上,制成硅压阻芯片,并将此芯片的周边固定封装于外壳之内，引出电极引线。
压阻式压力传感器又称为固态压力传感器，它不同于粘贴式应变计需通过弹性敏感元件间接感受外力，而是直接通过硅膜片感受被测压力的。
硅膜片的一面是与被测压力连通的高压腔，另一面是与大气连通的低压腔。
硅膜片一般设计成周边固支的圆形，直径与厚度比约为20～60。
在圆形硅膜片(N型)定域扩散4条P杂质电阻条,并接成全桥，其中两条位于压应力区，另两条处于拉应力区，相对于膜片中心对称。
硅柱形敏感元件也是在硅柱面某一晶面的一定方向上扩散制作电阻条，两条受拉应力的电阻条与另两条受压应力的电阻条构成全桥。
发展状况1954年C.S.史密斯详细研究了硅的压阻效应，从此开始用硅制造压力传感器。
早期的硅压力传感器是半导体应变计式的。
后来在N型硅片上定域扩散P型杂质形成电阻条，并接成电桥,制成芯片。
此芯片仍需粘贴在弹性元件上才能敏感压力的变化。
采用这种芯片作为敏感元件的传感器称为扩散型压力传感器。
这两种传感器都同样采用粘片结构，因而存在滞后和蠕变大、固有频率低、不适于动态测量以及难于小型化和集成化、精度不高等缺点。
三元材料多晶和单晶单晶硅多晶硅解释说明1. 引言1.1 概述在现代科技发展中，新能源、电子器件和光学设备等领域的需求不断增加，对高性能材料的需求也日益迫切。
三元材料作为一类具有特殊结构和优异性能的材料，在这些领域中扮演着重要角色。
本文将重点介绍三元材料中的两种主要类型——多晶和单晶，并分析其区别、物理性质比较以及应用方面的差异。
1.2 文章结构本文共分为六个部分，首先是引言，接下来概述三元材料的定义和特点，以及其应用领域和制备方法；然后详细介绍多晶和单晶这两种主要类型，包括它们的定义和区别，物理性质比较以及应用比较；随后分别深入探讨单晶硅和多晶硅这两种具体材料，在结构与性质特点、制备方法及应用场景方面进行详细说明；最后总结其中的优缺点对比，并勾勒出未来研究的前景。
1.3 目的本文旨在提供关于三元材料中多晶与单晶的比较和分析，并探讨单晶硅和多晶硅这两种主要材料的特性、制备方法及应用场景。
通过本文的阐述，读者可以更加全面地了解三元材料中多晶和单晶的差异以及各自的特点，从而对其在不同领域中的应用有更清晰的认识。
2. 三元材料3.1 定义和特点三元材料是指由三种不同元素组成的化合物或混合物。
这些元素可以是金属、非金属或半导体等。
三元材料具有多样性和复杂性，在材料科学和工程中具有重要的应用价值。
三元材料的特点之一是它们的组成可调性，即可以通过改变其中一个或多个元素的比例来调节其性质和特征。
这使得三元材料在不同领域中具有广泛的应用潜力，例如能源储存与转换、化学催化、光电子器件和生物医学等领域。
此外，由于存在不同元素之间的相互作用，三元材料通常展现出独特的结构和性质。
这些相互作用能够引导其在纳米尺度下形成复杂的晶体结构，并赋予其优异的机械、电子和光学性能。
3.2 应用领域三元材料在各个应用领域中都发挥着重要作用。
以下是一些主要应用领域的例子：- 能源储存与转换：三元催化剂在燃料电池和电解水产氢领域有广泛应用。
电子科技大学实验报告学生姓名：***学号：03课程名称：传感器原理及应用指导教师：彭杰刚实验地点：主楼c2-108实验日期： 2013 年 6 月 21 日实验评分：电子科技大学实验报告学生姓名：*** 学号：03 指导教师：彭杰刚实验地点：主楼c2-108实验室名称：传感器实验室实验项目名称：实验一应变片单臂电桥性能实验实验学时：2实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。
实验原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。
一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。
此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。
它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。
1、应变片的电阻应变效应所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。
以圆柱形导体为例：设其长为：L、半径为r、材料的电阻率为ρ时，根据电阻的定义式得（1—1）当导体因某种原因产生应变时，其长度L、截面积A和电阻率ρ的变化为dL、dA、dρ相应的电阻变化为dR。
对式（1—1）全微分得电阻变化率 dR/R为：（1—2）式中：dL/L为导体的轴向应变量εL; dr/r为导体的横向应变量εr由材料力学得：εL= - μεr (1—3)式中：μ为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为0.3～0.5左右；负号表示两者的变化方向相反。
将式（1—3）代入式（1—2）得：（1—4）式（1—4）说明电阻应变效应主要取决于它的几何应变（几何效应）和本身特有的导电性能（压阻效应）。
2、应变灵敏度它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。
