压力传感器(大学物理).doc

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。 A LR??(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。 A AL LR R?????????(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 ~ 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 ~ 毫米, 使它能与试件及敏感栅牢固地粘结在一起, 另外它还具有良好的绝缘性、、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 - 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