壓力傳感器特性及應用設計實驗報告
一、目的要求:
(一)了解壓力傳感器的工作原理和應用。
(2)設計數字壓力裝置。
二、實驗裝置:
壓力傳感器電位器穩壓電源游標卡尺
指針式檢流計重量計算機
三、實驗原理:
壓力傳感器由四個電阻應變片組成，分別貼在彈性體平行梁的上下表面。由四個應變片組成的電橋采用不平衡電橋原理，將壓力轉換成不平衡電壓進行測量。如下所示:
(一)應變與壓力的關系。
電阻應變片石將機械應變轉化為電阻值變化。
貼應變片處的應變為ε = f/y = 6fl0/bhhy。
所以應變ε和壓強f成正比。
(2)應變力與電阻的關系。
當彈性體的應變發生變化時，附著在其上的電阻應變片也隨之變化?？估娮枵{式應變片的電阻增大，而抗壓電阻應變片的電阻減小，四個電阻應變片形成一個電橋，成為差動電橋。
(3)電阻與電壓的對應比例關系。
如果R1=R2=R3=R4，δ R1 = δ R2 = δ R3 = δ R4，則有
四個實驗步驟:
(1)設計用于測量壓力傳感器特性的電路和儀器。
裝置，并測量其特性曲線。
1根據下圖安裝儀器和設備。
等截面梁結構電路圖
等截面梁結構應變片安裝示意圖
2根據全橋電阻測量安裝電路圖。
全橋電阻測量
3.將C、D接口連接到電位器上，調整電阻箱，使數字顯示變小。
4.將5、15、35、85、185g砝碼分別放入托盤中，記錄數據并填表。
5、數據處理。
h = 1.0毫米= 24.60毫米= 180.0毫米
三點四一
一點七一
零點八七
零點五二
零點三四
零點二六
平均值(V) 3.41
一點七二
零點八六
零點五一
零點三四
零點二七
卸載電壓(v)
三點四一
一點七四
零點八八
一點五三
一點三五
零點二五
負載電壓(v)
一百八十五個
八十五
三十五歲
十五
五
零
負載力(克)
圖a: 3.41
七十九點五九分
一點八一三
一百八十五個
五
一點七一
三十六點五十七分
零點八三三
八十五
四
零點八七
十五點零六分
零點三四三
三十五歲
三
零點五二
六點四十五分
零點一四七
十五
二
零點三四
二點一五
零點零四九
五
一個
零點二六
零
零
零
電壓(毫伏)
壓力(*1000000)
負載Ni(N)
重量(克)
頻率
圖b: u(毫伏)
U=0.04F+0.26
女大學生
圖c
(2)設計數字壓力裝置。
四個實驗步驟:
數字顯示窗口
轉換
0000
電源
托盤
數字壓力裝置的出現
(2)設計數字壓力裝置。
數字壓力裝置內置圖
托盤
數字壓力裝置內置電路圖
電位計
轉換器
計算機
電源
轉換
講師:
XXX
參考書目:
現代物理學的綜合應用與設計
大學物理實驗的壓力傳感器是工業實踐中常用的一種傳感器，我們通常使用的壓力傳感器主要是由壓電效應制成的，也稱為壓電傳感器。
我們知道晶體是各向異性的，非晶是各向同性的。有些晶體介質在一定方向上受到機械力變形時會產生極化效應。當機械力撤除后，會回到不帶電的狀態，即在壓力下，有些晶體可能會產生一種電效應，這種電效應稱為極化效應。根據這一效應，科學家們開發了壓力傳感器。
壓電傳感器中使用的主要壓電材料包括應時、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫。其中，應時(二氧化硅)是一種天然晶體，在這種晶體中發現了壓電效應。在一定的溫度范圍內，壓電性能一直存在，但當溫度超過這個范圍時，壓電性能完全消失(這個高溫就是所謂的居里點)。由于電場隨應力的變化而略有變化(也就是說壓電系數相對較低)，應時逐漸被其他壓電晶體所取代。酒石酸鉀鈉具有很大的壓電敏感性和壓電系數，但只能在室溫和低濕度下應用。磷酸二氫胺是一種人造晶體，可以承受高溫和相對較高的濕度，所以
已被廣泛使用。
目前壓電效應也應用于多晶體，如壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、pzt、鈮酸鹽壓電陶瓷、鈮酸鉛鎂壓電陶瓷等。
壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理。壓電傳感器不能用于靜態測量，因為只有當回路具有無窮大的輸入阻抗時，外力作用后的電荷才得以保留。實際情況并非如此，因此決定了壓電傳感器只能測量動態應力。
壓電傳感器主要用于加速度、壓力和力的測量。壓電加速度計是一種常用的加速度計。它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用壽命長的優點。壓電式加速度計已廣泛應用于飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑物的振動和沖擊測量，特別是在航空和航天領域。壓電傳感器也可以用來測量發動機的內燃壓力和真空度。它還可以用于軍事工業，例如測量槍支子彈在膛內發射瞬間的膛壓變化和槍口沖擊波壓力。它可以用來測量大壓力和小壓力。
壓電傳感器也廣泛用于生物醫學測量。例如，心室導管麥克風由壓電傳感器制成。因為測量動態壓力是如此普遍，壓電傳感器被廣泛使用。
除了壓電傳感器，還有利用壓阻效應制作的壓阻傳感器、利用應變效應的應變傳感器等。這些不同的壓力傳感器通過使用不同的效果和不同的材料，可以在不同的場合發揮其獨特的作用。