压力传感器和弹性模量的测量2013.8.28.ppt

电阻应变片压力传感器 特性及应用,1.了解和研究压力传感器的特性及其应用。 2.理解非平衡电桥电路原理。 3.设计电子称原理。,实 验 目 的, 应变 物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象。,工 作 原 理, 弹性应变 当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变。, 应变式传感器： 工作原理是基于“应变效应”，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化的现象。 结构特征：通常由弹性元件上粘贴电阻应变片构成。,例如：一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：,当电阻丝受到拉力F作用时，将伸长l，横截面积相应减小A，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了，从而引起电阻值变化量为 ：,电阻相对变化量：,如何理解应变效应？,金属电阻应变片,压力传感器,测 量 电 路,1、非平衡电桥,由图可知，电桥输出电压U0为：,当电桥平衡时，Uo=0，则有：,非平衡电桥原理,当横梁受到载荷F的作用时，R1和R3 增大， R2和R4 减小，如图所示，电桥不平衡，则U0为：,有载荷的非平衡电桥,假设R1=R2=R3=R4R，则有,2、电阻的变化与电 压的关系,3、压力传感器的灵敏度S 静态特性：在静载荷（F）作用下，用实验的方法求得输入的力与传感器输出电压（U0）之间的线性关系(即U=a+bF)。 灵敏度：传感器在静态工作条件下单位压力所产生的输出电压，称为静态灵敏度。用公式表示如下： 这实际上就是传感器静态特性曲线（UF曲线）上某点的斜率。,注意：本实验要求选择E=5V和E=10V两种电压条件下，测量压力传感器的灵敏度特性曲线。,线性灵敏度特性曲线,给出设计思路，确定实验步骤，并列出原始数据表格。 2. 对设计的产品进行检验，给出输出电压与重量之间的对应关系，并利用作图法求出压力传感器的灵敏度S。 3. 利用上述实验原理设计一款电子称，称量塑料盒（有盖和无盖）时的重量。,实 验 步 骤,液压拉伸法测量弹性模量,实 验 目 的,了解弹性模量的物理概念，掌握其测量原理和方法。 学会用光杠杆测量微小伸长量的方法。,1、弹性模量（Elastic Modulus） 定义：在弹性限度内，材料所受应力（如拉伸、压缩、弯曲和扭曲等）和所产生的相应应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。 特点：弹性模量是表征材料性质的一个物理量，仅与材料的结构、化学成分及其加工制造方法有关。 测量方法：拉伸法、梁的弯曲法、振动法、内耗法等等，本实验采用拉伸法测定弹性模量。,实 验 原 理,2、钢丝的弹性模量（杨氏模量） 设钢丝的原长为L，横截面积为S，当在长度方向施加外力F时，其伸长(或缩短)L 。 根据胡克定律，在弹性限度内，单位面积上的垂直作用力F/S（正应力）与金属丝的相对伸长L/L（线应变）成正比，即,3、钢丝弹性模量的测量,测量装置示意图,测量原理：利用光杠杆放大原理测量钢丝的弹性模量。,光杠杆放大原理示意图,上式中，各物理量的意义： E弹性模量；F施加的外力；L钢丝的长度；D调节反射镜到标尺的距离；d钢丝的直径（在钢丝上6处测量，然后取其平均值）；b光杠杆后足尖A到两前足尖BC连线的垂直距离。,测量公式：,实验装置示意图,实 验 装 置,实 验 内 容,1. 调整杨氏弹性模量仪的支架底角螺旋H，使支架铅直。 2.调节光杠杆装置。 （1）粗调 ：调整两平面镜与望远镜在同一高度。 调整两平面镜的倾角及望远镜方位，使得从望远镜上方看去，能在光杠杆反射镜中看到调节反射镜像中直尺的像。 （2）细调 3. 测量 打开电源，待显示器出现“0.000”后用液压加力盒调节螺旋杆缓慢加力，数显拉力从10kg开始，每加1kg记录一次标尺读数，共测10或12组数据；将液压螺旋调节杆旋至最外，即数显拉力指示为“0.000”附近后，关闭电源；测量： D 调节反射镜到标尺的距离 L 钢丝原长 b 光杠杆腿长 d 钢丝直径（测6次）,注 意 事 项,调好光杠杆和镜尺组构成的光路后，在测量过程