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1、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(jì)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(shí),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(shí),原始電阻值為:,當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時(shí),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
2、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(shí),Uo=0,則有:,非平衡電橋原理,,,當(dāng)橫梁受到載荷F的作用時(shí),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
3、,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(jì)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(jì)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(jì)一款電子稱,稱量塑料盒(有蓋和無蓋)時(shí)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(Elasti
4、c 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(gè)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(shí),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
5、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)
6、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。,