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1、2008年第27卷第7期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)99用力传感器测量固液体的热膨胀系数陈培杰,汪志云,周梅芝(襄樊学院物理与电子信息技术系,湖南襄樊441053)摘要:根据硅压阻式力传感器的工作原理,用传感器测量固液体热膨胀的微小长度变化量,进而测出了固液体的热膨胀系数,实验结果与公认值相比小于2%。这种方法实现了微小长度变化量的非电量电测,使实验操作简便,改进了传统的实验测量方法,拓展了传感器在普通物理实验中的应用。关键词:力传感器;热膨胀系数;非电量电测中图分
2、类号:O321文献标识码:A文章编号:1000-9787(2008)07-0099-03MeasurementofthermalexpansioncoefficientofsolidandliquidusingforcesensorCHENPei2jie,WANGZhi2yun,ZHOUMei2zhi(DepartmentofPhysics&ElectronicInformationTechnology,XiangfanUniversity,Xiangfan441053,China)Abstract:Basedonthewor
3、kingprincipleofSipiezoresistiveforcesensor,andmini2changesoflengthofsolidandliquidthermalexpansionaremeasuredbyusingforcesensor,thenthethermalexpansioncoefficientsaremeasured,itislessthan2%thattheexperimentalresultscomparedwithrecognizedvalue.Thismethodrealizeselect
4、ronicmeasurementofthemini2changeoflength,makesthemeasurementmoresimple,andimprovesthetraditionalmeasuringmethod,andextentstheapplicationofsensorinthephysicsexperiments.Keywords:forcesensor;thermalexpansioncoefficient;electricalapproachofnon2electricquantitymeasureme
5、nt0引言感器的受力端(即应变梁)改变的距离与相应的输出电压热膨胀系数的测量方法有很多种,传统的普通物理实的关系。实验装置如图1所示。将测微装置固定在铁架台[1]上,移动测微旋钮,可使测微端下降,从而使应变梁的弯曲验中测量固体线膨胀系数的方法是利用光杠杆来测量固体线膨胀时的微小伸长量ΔL,由于实验中在调节尺读望度发生改变。远镜时有一定的难度,所以,每次实验所花费的时间都很长,效果也不是很好。本文介绍一种在大学普通物理实验中用力传感器来测量固液体的热膨胀系数的方法。[2]力传感器是利用半导体材料的压阻效应制成的,在实验应力分析中
6、是测量应变和应力的主要传感元件,基于力传感器的液体表面张力系数的测量实验[3]已经在很多图1力传感器的定标装置图Fig1Calibrationdevicediagramofforcesensor院校里开展。由于应变式力传感器的电阻变化主要与材料改变传感器的受力端(应变梁)下降距离x时测出相的弯曲度有关,因此,也可以用其来测量微小长度变化量。应的电压值U,经最小二乘法拟合即可得到传感器的定标本文作者将硅压阻式力传感器应用于测量固液体的热膨胀曲线,如图2所示。从图中可知,力传感器的灵敏度,即其[4]系数等多个实验中,同时,加入PI
7、D温控装置,使得更多受力端位置改变1mm时输出电压为的物理量实现了非电量电测,且测量结果更加准确。ΔUB1=.(1)1固体线膨胀系数的测量Δx1.1力传感器的定标1.2固体金属棒线膨胀系数的测量本文采用HY-1型硅压阻力传感器来测量微小长度,设T0温度时一根圆柱形金属棒的长度为L0,当温度升因此,利用一个测微装置(类似螺旋测微计)来研究传高到T时,增长ΔL,则这种金属棒在T0到T间线膨胀系数收稿日期:2008-05-21©1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHous
8、e.Allrightsreserved.http://www.cnki.net100传感器与微系统第27卷1.3实验结果分析由图2可得B1=331.08mV/mm,由图4可得B2=0.8593mV/℃,测得待测圆形固体棒的原长L0=-5150.4mm,代入式(4)得到α=1.
