用传感器测空气相对压力系数（预习报告）.doc

用传感器测空气相对压力系数（预习报告）2004年11月22日 星期一 袁强 2003011737 工物33班用传感器测空气相对压力系数（预习报告）实验目的（1） 加深对理想气体状态方程和查理定律的理解。（2） 初步了解电阻温度传感器和硅压阻式差压传感器的工作原理并掌握其使用方法。（3） 学习用作图法和计算机作直线拟合法处理实验数据。实验原理 如右图为实验装置示意图：理想气体状态方程在定容条件下，简化为查理定律，所以：P=P0/T0=P0(T0+t)/T0=P0(1+t)式中，t为气体的摄氏温度，T0=273.15K，P0和P分别为气体在0和t时的气体压强，为相对压力系数。定义为=P/P0T,对于理想气体，=1/T0=3.66*10-3K-1。实际气体（如空气）在温度不太高，压力不太大的情况下可近似为理想气体，其相对压力系数与理想气体的相差甚小。 铜电阻温度传感器在-50-100范围内，铜丝的电阻值R与温度t有良好的线性关系：R=R0(1+Rt)。R0为0时电阻值，R为电阻温度系数，R=4.26*10-30C-1。当铜丝电阻中通以恒定电流时，铜丝电阻两端电压Ut与温度t有如下关系：Ut=UR0(1+Rt) UR0为0时电压。UR0=IR0测出在纯水沸点时铜丝电阻的电压Ub并查出沸点温度tb,则有t=Ut(1/R+tb)/Ub -1/R 扩散硅压阻式差压传感器半导体材料（如单晶硅）因受力而产生应变时，由于载流子的浓度和迁移率的变化而导致电阻率发生变化的现象称为压阻效应。压阻式差压传感器就是利用压阻效应制成的。如图，当C、D之间存在压力差时，在差压传感器上加上恒定电压E，在3、4端回输出一于压差p成线性关系的电压Up ,即：Up=U0+kpp 式中U0为压差为0时的输出电压，系数kp一般为一常数。若传感器的接口D(参考压力腔)，接口C（正压力腔）同被测介质，则p=pc+(Up-U0)/kp 式中pc为大气压强。实验步骤 实验前后用大气压强计测一次大气压，同时记下室温差压传感器的定标本实验要准确测定差压传感器的常数U0和kp。定标时仍用数字电压表来测量Up。先缓慢转动三通活塞（另一手扶住活塞外部），使差压传感器的C口与B管相通而与A泡断开，这时C通大气。用一根塑料管将D口与机械泵相连。将四位半数字电压表接在差压传感器的输出端3和4上。启动机械泵，从D口抽气。待真空表指针偏转到760mm刻度附近不动时，此时D口气压可视为零，压差p=pc,差压传感器的输出电压记为Um。然后听机械泵，拔去塑料管，使D也通大气。此时p=0，数字标的读数即为U0。且kp=（Um-U0）/pc 测量若干组（Ut，Up）值按图中接线，缓慢转动三通活塞C口与A泡相通。调解恒流源J，使电流约为4mA。实验中恒流源不准再调。记下室温下的铜丝电压值Ut和差压传感器的输出电压值Up。然后加热，铜丝每增加0.5mV记一次（Ut，Up）值；最后记下水沸腾时的各个电压值，记为（Utb，Upb） 实验注意事项1) 加热是要将磁力加热搅拌器的电源开关及加热开关同时接通，并调节控温旋钮至所需温度。2) 实验室如需换水，要先将加热器电源断开，“热得快”不能干烧。再用虹吸的方法将杯内的水吸出。或将玻璃系统拿下放在备用的塑料杯上，再将玻璃杯内的水直接到入实验室准备的塑料桶内，以便回收再用。注意搅拌器别倒掉。3) 差压传感器和玻璃制品易损坏，操作时要小心。转动三通活塞时一定要缓慢，另一只手一定要扶住活塞外壳。4) 停泵后应立即将塑料管拔下，让机械泵抽气口通大气。否则，机械泵油会流出泵体进入真空系统，造成污损。5) 实验完毕，将加热器的调速旋钮和温控旋钮旋至最小位置，并将电源及加热开关断开。 实验数据记录表格Htpc=H+HH=-(18.2-1.9)*10-5Ht实验前实验后大气压记录表UmU0kp=（Um-U0）/pc定标记录