Transcript 实验8 压力传感器特性研究及其应用

实验3.2 压力传感器特性研究
及其应用
实验目的
实验仪器
实验原理
实验内容和步骤
思考题
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大学物理实验
实验目的：
1.了解非电量电测的一般原理和测量方法
2. 掌握压力传感器的构造、原理、测量方
法及特性
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实验仪器：
• 1. PF-1传感器特性仪
• 2. PF-2传感器特性数显仪
• 3. PF-3传感器特性平衡器
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实验原理：
PF-1传感器特性仪是由4个应变电阻片组成的压力
传感器。它的作用是把被测的非电量信号（压力）
转换成与之成比例的电量信号（电压）。非电量电
测系统如图1所示。
非电量
传感器
电学量
显示
测量电路
电源
图1 非电量电测系统
记录
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1、压力传感器
在一定的范围内电阻
的相对变化和电阻丝轴
向相对长度的变化成正
比，即
R L

R
L
引出线
基片
应变电阻丝
图2
电阻应变片结构示意图
如图2，应变电阻片被拉伸电阻变大，被挤压时电
阻变小
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F
将四个电阻片粘贴在弹性横
梁上下表面的适当位置 ，如
图3所示，当受力F时，R1, R3
被拉伸， R2, R4被挤压。
R1
R2
图3 压力传感器
R1、R3 增大
R2、R4 减小
R3
R4
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2、测量电路
为了消除电桥电路的非线性误差，采用不平衡电桥进行
测量。把传感器上的电阻 R1、R2、R3、R4
接成如图4所示的直流电桥电路。ab两端为电桥电压的
输出端，输出电压为U0 ,cd两端接稳压电源E。
a
a
R1
R2
c
d
R4
R3
b
图4 非平衡电桥原理
R1+△R1
R2+△R2
c
d
R4+△R4
R3+△R3
b
图5 有载荷的非平衡电桥
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由图5知
 R1
R4 
U0  E 


R

R
R

R
2
3
4 
 1
电桥平衡时 U 0  0 R1R3  R2 R4
四只电阻片相同有：
R1  R3  R2  R4  R
受外力时


R1  R1
R4  R4
U0  E 


R


R

R


R
R


R

R


R
1
2
2
3
3
4
4 
 1
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假设 R1  R3  R2  R4  R
得：
R
U0  E
R
电桥输出的不平衡电压是和电阻的变化成正比的，
这就是不平衡电桥的工作原理。显然测量出的大
小即可反映外力F的大小；另外，若要获得较大输
出电压，可以采用较高的电源电压E即可；同时也
说明电源电压不稳定将给测量结果带来误差，因
此电源电压一定要稳定。
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实验内容及步骤：
1.仪器的连接
（1）按图连线；
（2）调零：PF-1传感器特性仪上不放砝码，先将PF-2传感
器特性数显仪电压调节旋钮反时针调小，然后打开
电源开关，调PF-3传感器特性平衡器旋钮，使输出
电压为“零”；
（3）调“电压调节”旋钮使工作电压为10V，再重新调一
次零；
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2.测量载荷力F与电桥输出电压U0的关系，保持电源
输出电压E=10.0V.
用逐差法求灵敏度S
U 0
S
F
3.用压力传感器测量任意物体的重量
将未知重量的物体放在传感器上，测出电压U0，
测三次取平均值，代入 W  U 0 
1
求物体重量。
S
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4.测量传感器电源电压E与电桥输出电压关系，保持
加载砝码的质量为1000克。
改变电源电压，使其从1.0V至10.0V，每增加1.0V对应记录
一个输出电压，作出E—U0关系曲线，分析是否为线性关系。
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数据处理：
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注意事项：
1.在实验前应将仪器预热15分钟以上。
2.实验时不能超载，所加砝码不能超过8Kg，加减
砝码时应轻拿轻放，以免损坏传感器。
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思考题：
1.传感器的灵敏度与电源电压有何关系？电源电压
能无限制地加大吗？为什么？
2.本实验所用系统能当电子秤使用吗？
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作业：
完成本次实验的数据处理，预习下一次实验内容。