压力传感器和弹性模量的测量.ppt

电阻应变片压力传感器电阻应变片压力传感器特性及应用特性及应用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。实实 验验 目目 的的 应变应变 物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象。工工 作作 原原 理理 弹性应变弹性应变 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：应变式传感器：工工作作原原理理是基于“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。结构特征结构特征：通常由弹性元件上粘贴电阻应变片构成。例如：例如：一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：当当电电阻阻丝丝受受到到拉拉力力F作作用用时时，将将伸伸长长l，横横截截面面积积相相应应减减小小A，电电阻阻率率因因材材料料晶晶格格发发生生变变形形等等因因素素影影响响而而改改变变了了，从从而而引引起起电电阻阻值值变化量为变化量为：电阻相对变化量：电阻相对变化量：如何理解应变效应？如何理解应变效应？金属电阻应变片金属电阻应变片压力传感器压力传感器测测 量量 电电 路路 1、非平衡电桥、非平衡电桥由图可知由图可知，电桥输出电压，电桥输出电压U0为：为：当电桥平衡时，当电桥平衡时，Uo=0，则有：，则有：非平衡电桥原理当横梁受到载荷当横梁受到载荷F的作用时，的作用时，R1和和R3 增大，增大，R2和和R4 减小，如图所减小，如图所示，电桥不平衡，则示，电桥不平衡，则U0为：为：有载荷的非平衡电桥假设假设R1=R2=R3=R4R，则有，则有2、电电阻阻的的变变化化与与电电 压的关系压的关系3、压力传感器的灵敏度、压力传感器的灵敏度S静态特性静态特性：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)。灵灵敏敏度度：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：这这实实际际上上就就是是传传感感器器静静态态特特性性曲曲线线（UF曲曲线线）上某点的斜率。上某点的斜率。注注意意：本本实实验验要要求求选选择择E=5V和和E=10V两两种种电电压压条条件件下，测量压力传感器的灵敏度特性曲线。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1.给给出出设设计计思思路路，确确定定实实验验步步骤骤，并并列列出出原原始始数数据据表格。表格。2.对对设设计计的的产产品品进进行行检检验验，给给出出输输出出电电压压与与重重量量之之间间的的对对应应关关系系，并并利利用用作作图图法法求求出出压压力力传传感感器器的的灵敏度灵敏度S。3.利利用用上上述述实实验验原原理理设设计计一一款款电电子子称称，称称量量塑塑料料盒盒（有盖和无盖）时的重量。（有盖和无盖）时的重量。实实 验验 步步 骤骤液压拉伸法测量弹性模量液压拉伸法测量弹性模量实实 验验 目目 的的了解弹性模量的物理概念，掌握其测量了解弹性模量的物理概念，掌握其测量原理和方法。原理和方法。学会用光杠杆测量微小伸长量的方法。学会用光杠杆测量微小伸长量的方法。1、弹性模量（、弹性模量（Elastic Modulus）定定义义：在弹性限度内，材材料料所所受受应应力力（如拉伸、压缩、弯曲和扭曲等）和和所所产产生生的的相应应应变变成成正正比比例例关关系系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量其比例系数称为弹性模量。特特点点：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。测测量量方方法法：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。实实 验验 原原 理理2、钢丝的弹性模量（、钢丝的弹性模量（杨氏模量杨氏模量）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。根根据据胡胡克克定定律律，在在弹弹性性限限度度内内，单单位位面面积积上上的的垂垂直直作作用用力力F/S（正正应应力力）与与金金属属丝丝的的相相对对伸伸长长L/L（线线应应变变）成正比，即成正比，即3 3、钢丝弹性模量的测量、钢丝弹性模量的测量测量装置示意图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。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光杠杆放大原理示意图上式中，各物理量的意义：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：测量公式：实验装置示意图实验装置示意图实实 验验 装装 置置实实 验验 内内 容容1.调整杨氏弹性模量仪的支架底角螺旋调整杨氏弹性模量仪的支架底角螺旋H，使支架铅直。，使支架铅直。2.调节光杠杆装置。调节光杠杆装置。（1）粗调粗调：调整两平面镜与望远镜在同一高度。：调整两平面镜与望远镜在同一高度。调调整整两两平平面面镜镜的的倾倾角角及及望望远远镜镜方方位位，使使得得从从望望远远镜镜上上方看去，能在光杠杆反射镜中看到调节反射镜像中直尺的像。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）细调细调 3.测量测量 打打开开电电源源，待待显显示示器器出出现现“0.000”后后用用液液压压加加力力盒盒调调节节螺螺旋旋杆杆缓缓慢慢加加力力，数数显显拉拉力力从从10kg开开始始，每每加加1kg记记录录一一次次标标尺尺读读数数，共共测测10或或12组组数数据据；将将液液压压螺螺旋旋调调节节杆杆旋旋至至最最外外，即即数数显显拉拉力力指指示示为为“0.000”附近后，关闭电源；测量：附近后，关闭电源；测量：D 调节反射镜到标尺的距离调节反射镜到标尺的距离 L 钢丝原长钢丝原长 b 光杠杆腿长光杠杆腿长 d 钢丝直径（测钢丝直径（测6次）次）注注 意意 事事 项项调好光杠杆和镜尺组构成的光路后，在测量过程中不能再动；应缓慢增加压力，加力停之后拉力会有微小变化，分钟内压力变化最缓慢，适宜测量；测量结束后，必须将压力减小至测量结束后，必须将压力减小至0附近，即液压附近，即液压螺旋杆旋至最外方可关闭电源。螺旋杆旋至最外方可关闭电源。