论文摘要：传统的密度测量方法，系统误差和相对误差都较大。本文所提出的智能密度测量仪对密度测量的仪器和方法都进行了改进。系统通过ADHX711芯片将压力传感器信号进行模数转换，以AT89S52单片机为控制核心,实现对各种形状固体和不同液体密度的精确测量；利用按键实现对芯片的实时控制，并以指示灯显示按键的状况；采用自制温度传感器检测当前的水温参数，根据该参数对比出当前水的密度，再由压力传感器测出物体在水中的视重，通过单片机对主控芯片进行数据处理，精确测量出被测物体的密度值。
论文关键词：密度,压力传感器
引言
在物理学中，把某种物质单位体积的质量叫做这种物质的密度。数学表达式为ρ=m/V，而当今对密度的测量方法首先使用天平测出质量，然后使用量筒测出体积，最后使用公式得出密度。方法见下表1。
表1常用密度测量方法
密度这一物理常量在日常生产生活中具有广泛的应用。可从以下几个方面反映出来:1.可鉴别组成物体的材料。2.可计算物体中所含各种物质的成分。3.可计算某些很难称量的物体的质量或形状比较复杂的物体的体积。4.可判定物体是实心还是空心。5.可计算液体内部压强以及浮力等。6.可测量未知液体密度。7.可测量已知液体纯度测量和液体杂质类型。综上所述，可见密度在科学研究和生产生活中有着广泛的应用。对于鉴别未知物质，密度是一个重要的依据。由此对密度测量尤其是高精度的密度的测量更是当今生产与生活过程中的迫切需要。本密度测量仪是高精度的密度测量仪器具有实用，便携，精度高，稳定性好，适用范围广等特点。能够满足日常生产与生活的需要，具有很好的应用前景与推广价值。
2设计原理
2.1传统测量方法：
使用天平和量筒测量不规则固体的密度的方法如下：
物体在空气中质量为 .它浸入液体中排开液体体积 ,则物体的密度 为：
 (1)
质量使用天平测量，排开液体的体积用量筒测量，人为观察产生的人为误差和二次操作中杯壁上残留的液体等不可避免产生误差，以上的误差使测量结果不准确，使密度变为：
 (2)
其中 、 为人为中产生的误差，从而产生测量误差：
 (3)
其中 为被测量值密度相对误差， 为被测量值质量相对误差， 为被测量值体积相对误差，被测量值密度相对误差为质量相对误差和体积相对误差之和，比较大。
2.2利用密度测量的改进测量方法：
A固体密度测量：
如图1，设烧杯+液体重量为 ，被测物体重量为 ，所测物体+烧杯+液体水的压力 为：
 （4）
 
如图2，设绳子的拉力为 ，将被测物体全部浸入液体中，则所测物体+烧杯+液体水的压力 为：
 （5）
 （6）
由（5）、（6）得
 （7）
由于我们在测量中将 初始化为0，与，变为：
 （8）
 （9)
式中， 是液体密度， 是排开液体体积，即被测物体体积。所用液体一般用水，液体密度，在附录一中由水的密度与温度对应表查出，由（8）和（9）得出被测物体密度 为： （10）
由误差传递公式，得被测物体密度的相对误差为：
 （11）
由于和为同一测量条件下，相同物理量，系统误差可以抵消，而为标准值可不计误差，所以使用密度测量的改进测量误差 为：
 （12）
测量误差基本为0。
B当待测物体密度小于密度时采用在物体下面加一重物配重，方法同上。
C液体密度测量：
把原来的被测物的密度做为标准量，如图3，设物体+烧杯+被测液体的压力为 ，把小球放入被测液体中，物体+烧杯+被测液体的压力为 ，由上述的方法可得出被测液体的密度 为：
 (13)
则所测液体的相对误差 为： （14）
由于和为同一测量条件下，相同物理量，系统误差可以抵消，而为精确测量值，可不计误差，所以使用密度测量的改进测量误差为：
 （15）
基本为0。
基于上述思想，本系统的密度测量原理如图4所示。
图4系统测量密度原理框图
3系统硬件设计
为了表现整体性和便于检测调试，我们在制作电路时采用了模块化，将电源模块、显示模块以及传感器模块分别放置，体现了合理性，将多个模块同时放在同一块电路板中，这样不会占用太多的空间。系统整体框图如图5所示。
图5系统整体框图
3.1微控制器模块
采用由ATMEL公司的8位AT89S52单片机作为该系统的主控芯片，经典51单片机具有价格低廉，使用简单等特点.它具有充足的信息处理功能，易于操作使用，具有8k的程序存储器，体积小，，价格便宜等优点，并且可以同时程序调试，更适于本系统的要求。
3.2数据采集模块
采用电阻应变式压力传感器该传感器具有稳定性好，精度和灵敏度高且对测量的环境要求不太严格等特点。电阻应变式压力传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，电阻应变片（转换元件）受到拉伸或压缩应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），从而使电桥失去平衡，产生相应的差动信号，经过放大和模数转换电路既得出所需物理量。 1/2 1 2 下一页 尾页 |
