壓力傳感器和彈性模量的測量.ppt

電阻應(yīng)變片壓力傳感器特性及應(yīng)用,1.了解和研究壓力傳感器的特性及其應(yīng)用。 2.理解非平衡電橋電路原理。 3.設(shè)計電子稱原理。,實(shí) 驗(yàn) 目 的, 應(yīng)變 物體在外部壓力或拉力作用下發(fā)生形變的現(xiàn)象。,工 作 原 理, 彈性應(yīng)變 當(dāng)外力去除后，物體能夠完全恢復(fù)其尺寸和形狀的應(yīng)變。, 應(yīng)變式傳感器： 工作原理是基于“應(yīng)變效應(yīng)”，即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化的現(xiàn)象。 結(jié)構(gòu)特征：通常由彈性元件上粘貼電阻應(yīng)變片構(gòu)成。,例如：一根金屬電阻絲，在其未受力時，原始電阻值為：,當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時，將伸長l，橫截面積相應(yīng)減小A，電阻率因材料晶格發(fā)生變形等因素影響而改變了，從而引起電阻值變化量為 ：,電阻相對變化量：,如何理解應(yīng)變效應(yīng)？,金屬電阻應(yīng)變片,壓力傳感器,測 量 電 路,1、非平衡電橋,由圖可知，電橋輸出電壓U0為：,當(dāng)電橋平衡時，Uo=0，則有：,非平衡電橋原理,當(dāng)橫梁受到載荷F的作用時，R1和R3 增大， R2和R4 減小，如圖所示，電橋不平衡，則U0為：,有載荷的非平衡電橋,假設(shè)R1=R2=R3=R4R，則有,2、電阻的變化與電 壓的關(guān)系,3、壓力傳感器的靈敏度S 靜態(tài)特性：在靜載荷（F）作用下，用實(shí)驗(yàn)的方法求得輸入的力與傳感器輸出電壓（U0）之間的線性關(guān)系(即U=a+bF)。 靈敏度：傳感器在靜態(tài)工作條件下單位壓力所產(chǎn)生的輸出電壓，稱為靜態(tài)靈敏度。用公式表示如下： 這實(shí)際上就是傳感器靜態(tài)特性曲線（UF曲線）上某點(diǎn)的斜率。,注意：本實(shí)驗(yàn)要求選擇E=5V和E=10V兩種電壓條件下，測量壓力傳感器的靈敏度特性曲線。,線性靈敏度特性曲線,給出設(shè)計思路，確定實(shí)驗(yàn)步驟，并列出原始數(shù)據(jù)表格。 2. 對設(shè)計的產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，給出輸出電壓與重量之間的對應(yīng)關(guān)系，并利用作圖法求出壓力傳感器的靈敏度S。 3. 利用上述實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計一款電子稱，稱量塑料盒（有蓋和無蓋）時的重量。,實(shí) 驗(yàn) 步 驟,液壓拉伸法測量彈性模量,實(shí) 驗(yàn) 目 的,了解彈性模量的物理概念，掌握其測量原理和方法。 學(xué)會用光杠桿測量微小伸長量的方法。,1、彈性模量（Elastic Modulus） 定義：在彈性限度內(nèi)，材料所受應(yīng)力（如拉伸、壓縮、彎曲和扭曲等）和所產(chǎn)生的相應(yīng)應(yīng)變成正比例關(guān)系（即符合胡克定律），其比例系數(shù)稱為彈性模量。 特點(diǎn)：彈性模量是表征材料性質(zhì)的一個物理量，僅與材料的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分及其加工制造方法有關(guān)。 測量方法：拉伸法、梁的彎曲法、振動法、內(nèi)耗法等等，本實(shí)驗(yàn)采用拉伸法測定彈性模量。,實(shí) 驗(yàn) 原 理,2、鋼絲的彈性模量（楊氏模量） 設(shè)鋼絲的原長為L，橫截面積為S，當(dāng)在長度方向施加外力F時，其伸長(或縮短)L 。 根據(jù)胡克定律，在彈性限度內(nèi)，單位面積上的垂直作用力F/S（正應(yīng)力）與金屬絲的相對伸長L/L（線應(yīng)變）成正比，即,3、鋼絲彈性模量的測量,測量裝置示意圖,測量原理：利用光杠桿放大原理測量鋼絲的彈性模量。,光杠桿放大原理示意圖,上式中，各物理量的意義： E彈性模量；F施加的外力；L鋼絲的長度；D調(diào)節(jié)反射鏡到標(biāo)尺的距離；d鋼絲的直徑（在鋼絲上6處測量，然后取其平均值）；b光杠桿后足尖A到兩前足尖BC連線的垂直距離。,測量公式：,實(shí)驗(yàn)裝置示意圖,實(shí) 驗(yàn) 裝 置,實(shí) 驗(yàn) 內(nèi) 容,1. 調(diào)整楊氏彈性模量儀的支架底角螺旋H，使支架鉛直。 2.調(diào)節(jié)光杠桿裝置。 （1）粗調(diào) ：調(diào)整兩平面鏡與望遠(yuǎn)鏡在同一高度。 調(diào)整兩平面鏡的傾角及望遠(yuǎn)鏡方位，使得從望遠(yuǎn)鏡上方看去，能在光杠桿反射鏡中看到調(diào)節(jié)反射鏡像中直尺的像。 （2）細(xì)調(diào) 3. 測量 打開電源，待顯示器出現(xiàn)“0.000”后用液壓加力盒調(diào)節(jié)螺旋桿緩慢加力，數(shù)顯拉力從10kg開始，每加1kg記錄一次標(biāo)尺讀數(shù)，共測10或12組數(shù)據(jù)；將液壓螺旋調(diào)節(jié)桿旋至最外，即數(shù)顯拉力指示為“0.000”附近后，關(guān)閉電源；測量： D 調(diào)節(jié)反射鏡到標(biāo)尺的距離 L 鋼絲原長 b 光杠桿腿長 d 鋼絲直徑（測6次）,注 意 事 項(xiàng),調(diào)好光杠桿和鏡尺組構(gòu)成的光路后，在測量過程中不能再動； 應(yīng)緩慢增加壓力，加力停之后拉力會有微小變化，0.5-1分鐘內(nèi)壓力變化最緩慢，適宜測量； 測量結(jié)束后，必須將壓力減小至0附近，即液壓螺旋桿旋至最外方可關(guān)閉電源。,