压力传感器特性及应用设计实验报告
一、目的要求:
(一)了解压力传感器的工作原理和应用。
(2)设计数字压力装置。
二、实验装置:
压力传感器电位器稳压电源游标卡尺
指针式检流计重量计算机
三、实验原理:
压力传感器由四个电阻应变片组成，分别贴在弹性体平行梁的上下表面。由四个应变片组成的电桥采用不平衡电桥原理，将压力转换成不平衡电压进行测量。如下所示:
(一)应变与压力的关系。
电阻应变片石将机械应变转化为电阻值变化。
贴应变片处的应变为ε = f/y = 6fl0/bhhy。
所以应变ε和压强f成正比。
(2)应变力与电阻的关系。
当弹性体的应变发生变化时，附着在其上的电阻应变片也随之变化。抗拉电阻调式应变片的电阻增大，而抗压电阻应变片的电阻减小，四个电阻应变片形成一个电桥，成为差动电桥。
(3)电阻与电压的对应比例关系。
如果R1=R2=R3=R4，δ R1 = δ R2 = δ R3 = δ R4，则有
四个实验步骤:
(1)设计用于测量压力传感器特性的电路和仪器。
装置，并测量其特性曲线。
1根据下图安装仪器和设备。
等截面梁结构电路图
等截面梁结构应变片安装示意图
2根据全桥电阻测量安装电路图。
全桥电阻测量
3.将C、D接口连接到电位器上，调整电阻箱，使数字显示变小。
4.将5、15、35、85、185g砝码分别放入托盘中，记录数据并填表。
5、数据处理。
h = 1.0毫米= 24.60毫米= 180.0毫米
三点四一
一点七一
零点八七
零点五二
零点三四
零点二六
平均值(V) 3.41
一点七二
零点八六
零点五一
零点三四
零点二七
卸载电压(v)
三点四一
一点七四
零点八八
一点五三
一点三五
零点二五
负载电压(v)
一百八十五个
八十五
三十五岁
十五
五
零
负载力(克)
图a: 3.41
七十九点五九分
一点八一三
一百八十五个
五
一点七一
三十六点五十七分
零点八三三
八十五
四
零点八七
十五点零六分
零点三四三
三十五岁
三
零点五二
六点四十五分
零点一四七
十五
二
零点三四
二点一五
零点零四九
五
一个
零点二六
零
零
零
电压(毫伏)
压力(*1000000)
负载Ni(N)
重量(克)
频率
图b: u(毫伏)
U=0.04F+0.26
女大学生
图c
(2)设计数字压力装置。
四个实验步骤:
数字显示窗口
转换
0000
电源
托盘
数字压力装置的出现
(2)设计数字压力装置。
数字压力装置内置图
托盘
数字压力装置内置电路图
电位计
转换器
计算机
电源
转换
讲师:
XXX
参考书目:
现代物理学的综合应用与设计
大学物理实验的压力传感器是工业实践中常用的一种传感器，我们通常使用的压力传感器主要是由压电效应制成的，也称为压电传感器。
我们知道晶体是各向异性的，非晶是各向同性的。有些晶体介质在一定方向上受到机械力变形时会产生极化效应。当机械力撤除后，会回到不带电的状态，即在压力下，有些晶体可能会产生一种电效应，这种电效应称为极化效应。根据这一效应，科学家们开发了压力传感器。
压电传感器中使用的主要压电材料包括应时、酒石酸钾钠和磷酸二氢。其中，应时(二氧化硅)是一种天然晶体，在这种晶体中发现了压电效应。在一定的温度范围内，压电性能一直存在，但当温度超过这个范围时，压电性能完全消失(这个高温就是所谓的居里点)。由于电场随应力的变化而略有变化(也就是说压电系数相对较低)，应时逐渐被其他压电晶体所取代。酒石酸钾钠具有很大的压电敏感性和压电系数，但只能在室温和低湿度下应用。磷酸二氢胺是一种人造晶体，可以承受高温和相对较高的湿度，所以
已被广泛使用。
目前压电效应也应用于多晶体，如压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、pzt、铌酸盐压电陶瓷、铌酸铅镁压电陶瓷等。
压电效应是压电传感器的主要工作原理。压电传感器不能用于静态测量，因为只有当回路具有无穷大的输入阻抗时，外力作用后的电荷才得以保留。实际情况并非如此，因此决定了压电传感器只能测量动态应力。
压电传感器主要用于加速度、压力和力的测量。压电加速度计是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长的优点。压电式加速度计已广泛应用于飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑物的振动和冲击测量，特别是在航空和航天领域。压电传感器也可以用来测量发动机的内燃压力和真空度。它还可以用于军事工业，例如测量枪支子弹在膛内发射瞬间的膛压变化和枪口冲击波压力。它可以用来测量大压力和小压力。
压电传感器也广泛用于生物医学测量。例如，心室导管麦克风由压电传感器制成。因为测量动态压力是如此普遍，压电传感器被广泛使用。
除了压电传感器，还有利用压阻效应制作的压阻传感器、利用应变效应的应变传感器等。这些不同的压力传感器通过使用不同的效果和不同的材料，可以在不同的场合发挥其独特的作用。