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1、压力传感器与弹性模量第1页，共21页，编辑于2022年，星期五实验目的了解弹性模量的物理概念，掌握其测量原了解弹性模量的物理概念，掌握其测量原理和方法；理和方法；掌握光杠杆方大法测量微小长度的原理。掌握光杠杆方大法测量微小长度的原理。第2页，共21页，编辑于2022年，星期五实验原理弹性形变弹性形变：能完全恢复原状：能完全恢复原状固体形变固体形变范性形变范性形变：留下剩余形变：留下剩余形变描述形变的两个重要物理量：描述形变的两个重要物理量：（1 1）应力）应力F/S F/S （2 2）应变）应变L/LL/L第3页，共21页，编辑于2022年，星期五胡克定律胡克定律：弹性限度内，物体的应力与应变
2、成：弹性限度内，物体的应力与应变成 正比正比，比例系数定义为，比例系数定义为弹性模量弹性模量：弹性模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理量弹性模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理量杨氏模量：杨氏模量：棒状物体（如钢丝）沿纵向的棒状物体（如钢丝）沿纵向的 弹性模量。弹性模量。弹性模量仅与弹性模量仅与材料的性质材料的性质有关。有关。第4页，共21页，编辑于2022年，星期五实验仪器实验仪器液压加力装置液压加力装置光光杠杠杆杆结结构构 示示意图意图第5页，共21页，编辑于2022年，星期五实验仪器实验仪器光光杠杠杆杆结结构构 示示意图意图三角形底座三角形底座 倾角调节螺钉倾角调节螺钉反射镜反射镜 光杠
3、杆结构示意图光杠杆结构示意图第6页，共21页，编辑于2022年，星期五光杠杆放大装置俯视图光杠杆放大装置俯视图照明标尺照明标尺光杠杆光杠杆 调节反射镜调节反射镜望远镜望远镜第7页，共21页，编辑于2022年，星期五光杠杆放大原理示意光杠杆放大原理示意第8页，共21页，编辑于2022年，星期五第9页，共21页，编辑于2022年，星期五实验内容实验内容1.1.调节光路调节光路 调整杨氏弹性模量仪的支架底角螺旋调整杨氏弹性模量仪的支架底角螺旋H H，使支架铅直了；，使支架铅直了；粗调粗调 调整两平面镜与望远镜在同一高度；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，使得从望远镜上调
4、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；像；细调细调第10页，共21页，编辑于2022年，星期五2.2.测量测量 打开电源，待显示器出现打开电源，待显示器出现“0.0000.000”后用液压加力盒调节后用液压加力盒调节螺旋杆缓慢加力，数显拉力从螺旋杆缓慢加力，数显拉力从10kg10kg开始，每加开始，每加1kg1kg记录一次标记录一次标尺读数，共测尺读数，共测1010组数据；组数据；将液压螺旋调节杆旋至最外，即数显拉力指示为将液压螺旋调节杆旋至最外，即数显拉力指示为“0.0000.000
5、”附近后，关闭电源；附近后，关闭电源；D 调节反射镜到标尺的距离调节反射镜到标尺的距离 L 钢丝原长钢丝原长 b 光杠杆后脚尖与前脚尖连线间距光杠杆后脚尖与前脚尖连线间距 d 钢丝直径（测钢丝直径（测6 6次）次）第11页，共21页，编辑于2022年，星期五注意事项注意事项调好光杠杆和镜尺组构成的光路后，在测量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；过程中不能再动；应缓慢增加压力，加力停之后拉力会有微小应缓慢增加压力，加力停之后拉力会有微小变化，变化，0.5-10.5-1分钟内压力变化最缓慢，适宜分钟内压力变化最缓慢，适宜测量；测量；测量结束后，必须将压力减小至测量结束后，必须将
6、压力减小至0 0附近，即附近，即液压螺旋杆旋至最外，方可关闭电源。液压螺旋杆旋至最外，方可关闭电源。第12页，共21页，编辑于2022年，星期五数据处理要求数据处理要求 1.计算钢丝直径计算钢丝直径d及其不确定度及其不确定度u(d)2.利用最小二乘法处理数据，推算出弹性模量的数值利用最小二乘法处理数据，推算出弹性模量的数值(不要求不确定度的计算不要求不确定度的计算)，并计算出相关系数；，并计算出相关系数；3.利用作图法处理数据，计算出弹性模量的数值；利用作图法处理数据，计算出弹性模量的数值；4.对两种数据处理方法得到的测量结果进行分析比较。对两种数据处理方法得到的测量结果进行分析比较。第13页
7、，共21页，编辑于2022年，星期五电阻应变片压力传感器特电阻应变片压力传感器特性及应用性及应用第14页，共21页，编辑于2022年，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。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。转换成电信号。压力传感器压力传感器 电阻应变片是一种能将物体上的应变变化转换成电阻变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
8、时电阻增大，压缩时电阻减小。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，电阻应变片便会感受到该变化而随之件受力作用产生应变时，电阻应变片便会感受到该变化而随之产生应变，并引起应变片电阻的变化。产生应变，并引起应变片电阻的变化。第15页，共21页，编辑于2022年，星期五 在压力传感器中，在压力传感器中，般是将四个电阻应变片成对地横向或纵向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粘贴在弹性元件的表面，使应变片分别感受到元件
9、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。变量的大小，从而得知作用于弹性元件上的力。第16页，共21页，编辑于2022年，星期五问题:平衡电阻的作用第17页，共21页，编辑于2022年，星期五实验内容实验内容1.调整电桥初始平衡状态：调节平衡指示仪将电桥调平。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，利用逐差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
10、压力传感器测量任意物体的重量。第18页，共21页，编辑于2022年，星期五注意事项注意事项1.接线时，接线头不要碰到载物台；测量时，接线时，接线头不要碰到载物台；测量时，砝码应轻拿轻放。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。压若有波动应及时调整。第19页，共21页，编辑于2022年，星期五逐差法逐差法处理数据处理数据n123456xix1x2x3x4x5x6xn+ix7x8 x9x10 x11 x12xi=xn+i-xix7 -x1x8 x2x9 x3x10 x4x11 x5x12 x6测量得一列数据测量得一列数据:x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7，x8，x9，x10，x11，x12（1 1）将测量列按次序分为高低两组）将测量列按次序分为高低两组（2 2）取对应项的差值后再求平均）取对应项的差值后再求平均第20页，共21页，编辑于2022年，星期五第21页，共21页，编辑于2022年，星期五