压力传感器和弹性模量毕科

压力传感器和弹性模量毕科第1页，共19页，2023年，2月20日，星期五压力传感器主要由弹性元件和力电转换元件等组成。弹性元件把压力转换成了应变，然后再由压敏元件将应变转换成电信号。电阻应变片是一种能将物体上的应变变化转换成电阻变化的力电转换敏感元件。受外力作用的电阻应变片的电阻值将发生变化，拉长时电阻增大，压缩时电阻减小。将电阻应变片粘贴在传感器中的弹性元件表面，当弹性元件受力作用产生应变时，电阻应变片便会随之产生应变，并产生电阻的变化。压力传感器电阻应变片的结构第2页，共19页，2023年，2月20日，星期五在压力传感器中，一般是将四个电阻应变片成对地横向或纵向粘贴在弹性元件的表面，使应变片分别感受到元件的压缩和拉伸变形，并将四个应变片接成电桥电路，从电桥的输出中就可以得到应变量的大小，从而得知作用于弹性元件上的力。R1=R2=R3=R4＝R非平衡电桥示意图及其等效电路第3页，共19页，2023年，2月20日，星期五电阻的变化与电压的关系若ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4＝ΔR，则有注意：本实验要求选择E=5V和E=10V两种电压条件下，测量压力传感器的灵敏度特性曲线。当受应变时：若应变片电阻变化为ΔR，则电桥失去平衡，其电桥输出电压Uo≠0，大小为第4页，共19页，2023年，2月20日，星期五

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。灵敏度越高，其分辨率也高。如下公式表示：这实际上就是传感器输入输出特性曲线上某点的斜率。非线性传感器各处的灵敏度是不相同的，对于线性传感器灵敏度则为：灵敏度第5页，共19页，2023年，2月20日，星期五1.调整电桥初始平衡状态：调节平衡仪将电桥调平。2.测量传感器的灵敏度：测量加上不同砝码时传感器输出的电压值，利用作图法处理数据以得到电桥的灵敏度。3.电源电动势对传感器灵敏度的影响：改变电源电动势测量(重复2的操作)传感器的灵敏度。4.用电阻应变片直流电桥压力传感器测量任意物体的重量。

实验内容实验电路图第6页，共19页，2023年，2月20日，星期五注意事项1.接线时，接线头不要碰到载物台；测量时，砝码应轻拿轻放。2.测量过程中，电源电压应保持不变，电源电压若有波动应及时调整。

第7页，共19页，2023年，2月20日，星期五液压拉伸法测量弹性模量第8页，共19页，2023年，2月20日，星期五实验目的1.了解弹性模量的物理概念，掌握其测量原理和方法；2.掌握光杠杆放大法测量微小长度的原理。第9页，共19页，2023年，2月20日，星期五1、弹性模量（ElasticModulus）

◆定义：在弹性限度内，材料所受应力（如拉伸、压缩、弯曲和扭曲等）和所产生的相应应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。◆特点：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。◆测量方法：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。实验原理第10页，共19页，2023年，2月20日，星期五2、钢丝的弹性模量（杨氏模量）

设有长为L，截面积为S的均匀金属丝，在两端以外力F相拉后，伸长∆L。在弹性范围内，单位面积上的垂直作用力F/S（正应力）与金属丝的相对伸长∆L/L（线应变）成正比，其比例系数就称为弹性模量，用E表示，即这里的F，L和S都易于测量，∆L属于微小变量，实验中将采用光杠杆放大法测量。第11页，共19页，2023年，2月20日，星期五3、钢丝弹性模量的测量●测量原理：利用光杠杆放大原理测量钢丝的弹性模量。前足尖放置处平台后足尖放置处托板前足尖放置处平台第12页，共19页，2023年，2月20日，星期五测量装置示意图光杠杆放大原理示意图第13页，共19页，2023年，2月20日，星期五上式中，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：第14页，共19页，2023年，2月20日，星期五数显液压加力弹性模量拉伸仪

●液压加力装置第15页，共19页，2023年，2月20日，星期五实验内容1.

调整杨氏弹性模量仪支架的四个底角螺钉，使支架铅直。2.调节光杠杆装置。（1）粗调：调整两平面镜与望远镜在同一高度。调整两平面镜的倾角及望远镜方位，使得从望远镜上方看去，能在光杠杆反射镜中看到调节反射镜像中直尺的像。（2）细调：能看清望远镜内的十字叉丝及直尺的像并无视差

3.测量打开电源，待显示器出现“0.000”后用液压加力盒调节螺旋杆缓慢加力，数显拉力从10kg开始，每加1kg记录一次标尺读数，共测10或12组数据；将液压螺旋调节杆旋至最外，即数显拉力指示为“0.000”附近后，关闭电源；测量：D——调节反射镜到标尺的距离L——钢丝原长b——光杠杆腿长d——钢丝直径（测6次）第16页，共19页，2023年，2月20日，星期五注意事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，加力停止后拉力会有微小变化，0.5-1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0附近，即液压螺旋杆旋至最外方可关闭电源。第17页，共19页，2023年，2月20日，星期五数据处理要求1.计算钢丝直径d及其不确定度u(d)2.利用最小二乘法处理数据，