传感器测空气相对压力系数实验报告.doc

普通物理实验传感器测空气相对压力系数 基科22 张家琳 022565传感器测空气相对压力系数基科22 张家琳一、 实验目的1、 加深对理想气体状态方程和查里定律的理解；2、 初步了解铜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、 学习用作图法和最小二乘法直线拟合处理实验数据。二、 实验原理1、 查理定律和气体温度计理想气体状态方程在定容条件下简化为查理定律：其中，t为摄氏温度，分别是气体温度为和时的气压。为相对压力系数，实验中的约定真值为（已经考虑了干燥空气的非理想气体修正）。室温附近的实际气体可以近似看作理想气体。2、 铜电阻温度传感器在范围内，铜丝的电阻值R与温度t有良好的线性关系：其中，为时的电阻值，为电阻温度系数。实验中使用的铜丝电阻的。因此，在恒定电流的条件下，若测出了在纯水沸点时铜丝电阻上的电压并查出沸点度，则可求得t为 3、 扩散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。本实验中的压阻式差压传感器就是利用压阻效应制成的。传感器两端输出电压与压差成线性关系：；其中为压差为零式的输出电压，系数一般情况下为一常数。本实验中，当传感器的接口D（参考压力腔）通大气、接口C（正压力腔）通被测介质时，有： 式中为大气压强。实验中使用的压差传感器非线性相对误差限约为0.3%。4、 铜丝电阻的四端接法由于铜丝电阻非常小，采用普通的伏安法、比较法测量时，引线电阻与接触电阻会造成很大的误差，四端接法就是一种减少这两者影响的方法。采用四端接法时，电阻两端各有两端，每端各接一根引线。一般两侧靠外侧的两端引线连接（稳流）电源，靠内侧的两端引线连接到高内阻的电压表上。电压端引线电阻和接触电阻的影响可以基本消除。5、 系统误差分析考虑到A泡的容积因热胀冷缩而变；与A泡相连的C管等部分中的气体温度不均匀等原因，对实验求得进行修正：三、 实验注意事项1、 转动三通活塞时一定要缓慢。2、 实验中如需换水，要先断开加热器电源。3、 停泵后应立即将塑料管G从接头H上拔下，否则，机械泵油会流出泵体进入真空系统，造成污损。四、 实验步骤1、 差压传感器的定度分别测出=0和的差压传感器输出电压与，则2、 测量若干组值调节恒流源J，使电流稳定在4mA左右。从室温起记下若干组，大约铜丝压降每增加约0.5mV记一次，最后记下水沸腾时的各电压值。3、 测量大气压以及室温值注意实验前后需要分别测量一次大气压，同时记下室温值。五、 数据记录及处理1、 铜丝电阻温度传感器室温值：23.8；大气压：实验前：102.63kPa 实验后：102.64Kpa：102.64kPa大气压修正：=102.24kPa；修正后的沸点温度：=100.25差压传感器的定度：125.25mV ：5.55mV的测量：利用式子： 可以求出t,p其中，=14.37mV；100.25；102.24kPa； 。11.40-8.0590.6231.0111.62-6.3892.0536.1411.84-4.4593.7041.2712.04-2.8595.0745.9312.26-0.9596.6951.0612.460.6998.0955.7212.833.56100.5464.3513.025.17101.9268.7813.287.24103.6874.8413.498.90105.1079.7413.6910.39106.3784.4013.8911.87107.6489.0614.3715.34110.60100.25注：最后一行为沸腾时的数值直线拟合结果：0.9997；0.003573；截距a=81.691；斜率b=0.29188；取仪器常数进行修正0.003691注：原始数据以原始数据记录为准，其他以实验报告为准，原始数据记录中没有考虑沸点以及大气压强的修正。数据处理：铜丝电阻温度传感器实验中采用斜率与截距之比的方法计算空气相对压力系数，两者为强相关关系，所以计算误差是采用教材P39 4.2.3斜率与截距之比的标准偏差来计算不确定度。利用公式其中r=0.9997, b1=0.29188, b0=81.691 可以求得：0.01381.12e-42、 铂电阻温度传感器的测量：利用式子： 其中可以求出t,p其中， =127.40；102.24kPa；=1.17*10-6VPa-1。101.92-8.4890.2628.74102.49-7.9590.7130.32103.69-7.0091.5233.66105.32-5.4492.8568.20106.85-3.8994.1842.46108.06-2.8995.0345.83109.26-1.8195.9549.18110.56-0.5997.0052.82111.860.6398.0456.46113.051.7899.0259.79114.272.8999.9763.21115.464.03100.9466.55116.635.11101.8669.84118.066.47103.03373.86119.267.57103.9777.24120.458.71104.9480.59121.659.79105.8683.98122.8610.91106.8287.40124.0411.97107.7290.73125.2513.23108.8094.16127.4015.43110.68100.25直线拟合结果：0.99996；0.003566K-1；加入实验修正值六、 心得体会1、 关于实验的操作过程l 定度与测量之前一定要注意三通活塞是否处在正确的位置；l 实验中差压传感器示数变化较快，利用双刀双掷开关测量差压传感器电压与温度传感器电压时不容易做到同步，可以利用取平均的方法尽可能减少读数误差。2、 关于实验中的一些现象沸腾时，差压传感器与温度传感器变化并没有完全维持稳定。而是先出现了一段时间内变化比较缓慢，当容器内水剧烈沸腾一段时间后，两者的读数又开始有比较明显的增加（这一点在铜电阻温度传感器实验中比较明显）。对确定沸点时的差压传感器电压以及温度传感器电压值有一定影