压力传感器(大学物理).docVIP

一、实验目的 1. 了解应变压力传感器的组成、结构及工作参数。 2. 了解非电量的转换及测量方法——电桥法。 3. 掌握非平衡电桥的测量技术。 4. 掌握应变压力传感器灵敏度及物体重量的测量。 5. 了解多个应变压力传感器的线性组成、调整与定标。 二、实验原理 压力传感器是把一种非电量转换成电信号的传感器。弹性体在压力(重量)作用下产生形变(应变)，导致(按电桥方式联接)粘贴于弹性体中的应变片，产生电阻变化的过程。 压力传感器的主要指标是它的最大载重(压力)、灵敏度、输出输入电阻值、工作电压(激励电压)(VIN)、输出电压(VOUT)范围。 压力传感器是由特殊工艺材料制成的弹性体、电阻应变片、温度补偿电路组成；并采用非平衡电桥方式联接，最后密封在弹性体中。 弹性体： 一般由合金材料冶炼制成，加工成S型、长条形、圆柱型等。为了产生一定弹性，挖空或部分挖空其内部。 电阻应变片： 金属导体的电阻R与其电阻率ρ、长度L、截面A的大小有关。 （1） 导体在承受机械形变过程中，电阻率、长度、截面都要发生变化，从而导致其电阻变化。 （2） 这样就把所承爱的应力转变成应变，进而转换成电阻的变化。因此电阻应变片能将弹性体上应力的变化转换为电阻的变化。 电阻应变片的结构：电阻应变片一般由基底片、敏感栅、引线及履盖片用粘合剂粘合而成。 电阻应变片的结构如图1所示： 1－敏感栅(金属电阻丝) 2－基底片 3－覆盖层 4－引出线 图1 电阻丝应变片结构示意图 　 0.01～0.05毫米高电阻系数的细丝弯曲成栅状，它实际上是一个电阻元件，是电阻应变片感受构件应变的敏感部分．敏感栅用粘合剂固定在基底片上。b×l称为应变片的使用面积（应变片工作宽度，应变片标距（工作基长）l），应变片的规格一般以使用面积和电阻值来表示，如3×10平方毫米，350欧姆。 基底片：基底将构件上的应变准确地传递到敏感栅上去．因此基底必须做得很薄，一般为0.03～0.06毫米，使它能与试件及敏感栅牢固地粘结在一起，另外它还具有良好的绝缘性、抗潮性和耐热性．基底材料有纸、胶膜和玻璃纤维布等。 引出线的作用是将敏感栅电阻元件与测量电路相连接，一般由0.1-0.2毫米低阻镀锡钢丝制成，并与敏感栅两输出端相焊接，覆盖片起保护作用． ?? 粘合剂：将应变片用粘合剂牢固地粘贴在被测试件的表面上，随着试件受力形变应变片的敏感栅也获得同样的形变，从而使其电阻随之发生变化，通过测量电阻值的变化可反映出外力作用的大小． 图2 压力传感器 压力传感器：是将四片电阻片分别粘贴在弹性平行粱A的上下两表面适当的位置，如图2所示．R1、R2、R3、R4是四片电阻片，粱的一端固定，另一端自由用于加载荷（如外力F）。 弹性梁受载荷作用而弯曲，梁的上表面受拉，电阻片R1、R3亦受拉伸作用电阻增大，梁的下表面受压，R2、R4电阻减小。这样外力的作用通过梁的形变而使四个电阻值发生变化，这就是压力传感器。 应变片可以把应变的变化转换为电阻的变化，为了显示和记录应变的大小，还需把电阻的变化再转换为电压或电流的变化。最常用的测量电路为电桥电路。 三、实验仪器 　 1. 了解压力传感器的组成、结构及工作参数 2. 了解电桥的相关知识 3. 作图解释全等臂电桥、半等臂电桥的含义？ 4. 本实验中，测定单臂电桥平衡时或近似平衡时，两电阻箱的阻值R。取多少？ 5. 什么是电阻箱的额定功率？金属电阻参数为100欧姆（正负5%，1/8瓦），说明什么？ 五、实验内容 实验（1） 1．测定单臂输入时电桥的电压输出特性 （1）（1）按实验电路接好测量电路。其中R1和R2在实验板上为固定电阻，Rx1和Rx2用电阻箱，调节供电电源电压E0=6.00伏。 （2）R1=R2=1MW，即K=1；再调节Rx1= Rx2=10KW，即使UAB=0。但由于电阻箱存在一定误差，以及接触电阻等因素的影响，此时电桥未必能平衡，即UAB10；为此需要微调电压表，使UAB=0。 图6 实验板 图7 实验电路 ? （3）使Rx1每次增大200W，用电压表测出电桥相应的输出电压UAB，直到Rx1增大1.200KW。 2．测定双臂输入时电桥的电压输出特性 （1）调节，使电桥平衡。 （2）使Rx1每次增大200W，而Rx2相应每次减少200W，测出电桥的相应输出电压。直到Rx1、Rx2的最大改变量为1.2000KW。 实验（2） 1．仪器连接 仪器的连接如图8所示，电源电压接压力传感特性测试仪的电源输出端，为传感器提供工作电源，传感器输出端接压力传感器特性测试仪的信号输入端，从而对不平衡电桥（即压力传感器）的输出电压进行放大、测量和显示。 　 8 仪器连接