压力传感器特性及应用设计实验

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1、压力传感器特性及应用设计实验一、实验目的1.了解应变压力传感器的组成、结构及工作参数。2.了解非电量的转换及测量方法——电桥法。3.掌握非平衡电桥的测量技术。4.掌握应变压力传感器灵敏度及物体重量的测量。5.了解多个应变压力传感器的线性组成、调整与定标。二、实验原理压力传感器是把一种非电量转换成电信号的传感器。弹性体在压力(重量)作用下产生形变(应变)，导致(按电桥方式联接)粘贴于弹性体中的应变片，产生电阻变化的过程。压力传感器的主要指标是它的最大载重(压力)、灵敏度、输出输入电阻值、工作电压(激励电压)(VIN)、输出电压(VOUT)范围。压力传感器是由特殊工

2、艺材料制成的弹性体、电阻应变片、温度补偿电路组成；并采用非平衡电桥方式联接，最后密封在弹性体中。弹性体：一般由合金材料冶炼制成，加工成S型、长条形、圆柱型等。为了产生一定弹性，挖空或部分挖空其内部。电阻应变片：金属导体的电阻R与其电阻率ρ、长度L、截面A的大小有关。（1）导体在承受机械形变过程中，电阻率、长度、截面都要发生变化，从而导致其电阻变化。（2）这样就把所承爱的应力转变成应变，进而转换成电阻的变化。因此电阻应变片能将弹性体上应力的变化转换为电阻的变化。电阻应变片的结构：电阻应变片一般由基底片、敏感栅、引线及履盖片用粘合剂粘合而成。电阻应变片的结构如图1所

3、示：1－敏感栅(金属电阻丝)2－基底片3－覆盖层4－引出线图1电阻丝应变片结构示意图　敏感栅：是感应弹性应变的敏感部分。敏感栅由直径约0.01～0.05毫米高电阻系数的细丝弯曲成栅状，它实际上是一个电阻元件，是电阻应变片感受构件应变的敏感部分．敏感栅用粘合剂固定在基底片上。b×l称为应变片的使用面积（应变片工作宽度，应变片标距（工作基长）l），应变片的规格一般以使用面积和电阻值来表示，如3×10平方毫米，350欧姆。基底片：基底将构件上的应变准确地传递到敏感栅上去．因此基底必须做得很薄，一般为0.03～0.06毫米，使它能与试件及敏感栅牢固地粘结在一起，另外它还

4、具有良好的绝缘性、抗潮性和耐热性．基底材料有纸、胶膜和玻璃纤维布等。引出线的作用是将敏感栅电阻元件与测量电路相连接，一般由0.1-0.2毫米低阻镀锡钢丝制成，并与敏感栅两输出端相焊接，覆盖片起保护作用．  粘合剂：将应变片用粘合剂牢固地粘贴在被测试件的表面上，随着试件受力形变应变片的敏感栅也获得同样的形变，从而使其电阻随之发生变化，通过测量电阻值的变化可反映出外力作用的大小．图2压力传感器压力传感器：是将四片电阻片分别粘贴在弹性平行粱A的上下两表面适当的位置，如图2所示．R1、R2、R3、R4是四片电阻片，粱的一端固定，另一端自由用于加载荷（如外力F）。弹性梁受

5、载荷作用而弯曲，梁的上表面受拉，电阻片R1、R3亦受拉伸作用电阻增大，梁的下表面受压，R2、R4电阻减小。这样外力的作用通过梁的形变而使四个电阻值发生变化，这就是压力传感器。应变片可以把应变的变化转换为电阻的变化，为了显示和记录应变的大小，还需把电阻的变化再转换为电压或电流的变化。最常用的测量电路为电桥电路。三、实验仪器　四、预习要求1.了解压力传感器的组成、结构及工作参数2.了解电桥的相关知识3.作图解释全等臂电桥、半等臂电桥的含义？4.本实验中，测定单臂电桥平衡时或近似平衡时，两电阻箱的阻值R。取多少？5.什么是电阻箱的额定功率？金属电阻参数为100欧姆（正

6、负5%，1/8瓦），说明什么？五、实验内容实验（1）1．测定单臂输入时电桥的电压输出特性（1）（1）按实验电路接好测量电路。其中R1和R2在实验板上为固定电阻，Rx1和Rx2用电阻箱，调节供电电源电压E0=6.00伏。（2）R1=R2=1MW，即K=1；再调节Rx1=Rx2=10KW，即使UAB=0。但由于电阻箱存在一定误差，以及接触电阻等因素的影响，此时电桥未必能平衡，即UAB¹0；为此需要微调电压表，使UAB=0。图6实验板图7实验电路 （3）使Rx1每次增大200W，用电压表测出电桥相应的输出电压UAB，直到Rx1增大1.200KW。2．测定双臂输入时电桥

7、的电压输出特性（1）调节，使电桥平衡。（2）使Rx1每次增大200W，而Rx2相应每次减少200W，测出电桥的相应输出电压。直到Rx1、Rx2的最大改变量为1.2000KW。实验（2）1．仪器连接仪器的连接如图8所示，电源电压接压力传感特性测试仪的电源输出端，为传感器提供工作电源，传感器输出端接压力传感器特性测试仪的信号输入端，从而对不平衡电桥（即压力传感器）的输出电压进行放大、测量和显示。　图8仪器连接2．仪器调节先将仪器电源打开，预热十五分钟以上，调节电源电压为10.0伏。再旋转调零旋钮，使压力电压显示值为0.000伏。3．测量（1）按顺序增加砝码的数量（每

8、次增加1千克，共9次），