簡易壓力測量設備的制作

第1步：使用的材料

150或250 ml塑料導管注射器-可通過互聯網或在硬件或花園獲得在您附近的商店購買幾美元或幾歐元。

壓力傳感器突破-我用了我在Banggood購買的便宜的BMP280（溫度和壓力）傳感器。這是一個不帶電平轉換器的3V突破，每個價格不到2 $。測量范圍介于650和1580 hPa之間。電纜和面包板：我使用了較長的跨接電纜將分支連接到面包板。

電纜的長度至少應與注射器一樣長，否則連接電纜和斷開連接將非常困難。

雙向5-》 3 V電平轉換器：將上述傳感器連接到Arduino所需。

如果您的傳感器突破了例如以下要求，則不需要作為Adafruit版本，已經在板上實現，或者您的微控制器正在使用3V邏輯。

微控制器：我使用了Arduino Uno的版本MonkMakesDuino，但是任何兼容Arduino的都可以使用。如果您按照Adafruit的說明進行操作，即使Micro：bit也可以使用。

注射器的支架可能對某些應用有用，但不是必需的。

Arduino IDE。

步驟2：組裝和應用

在面包板上設置所有零件。如果需要，連接微控制器和電平轉換器。如果將面包板上的電源軌中的一個定義為5V，將另一個定義為3V，并將它們分別連接到微控制器的5V，3V和接地端口，然后連接電平轉換器的3V，5V和GND端口?，F在，將Arduino的SDA（A4）和SCL（A5）端口與電平轉換器5V側的兩個非電源端口相連。請注意，微控制器之間的SDA和SDA端口不同，因此請檢查您的微控制器。

使用稍后將與電平轉換器一起使用的電纜連接傳感器。傳感器的SDA和SCL連接到電平轉換器3V側的相應端口，傳感器的Vin和Gnd端口連接到3V并接地。

如果要使用提供的腳本，則無需在Arduino IDE上安裝其他庫。如果您更喜歡使用Adafruit BMP280腳本，請安裝它們的BMP280和傳感器庫。

加載BMP280腳本并將其上傳到Arduino。

使用串行監視器檢查是否收到合理的數據。如果沒有，請檢查連接。

現在關閉微控制器，并拔下連接傳感器和面包板的電纜。

現在將電纜穿過注射器的出口。如果使用跨接電纜，則可能有必要加寬插座或將其縮短一點。確保一個接一個地通過母端。 I2C分支需要四根電纜，優先使用不同顏色的電纜。

然后重新連接分支和電纜，并如上所述檢查連接是否正?！，F在將分接頭移至注射器的出口端。插入柱塞并將其移動到比計劃的靜止位置稍遠的中心位置。

將電纜連接到面包板上，并檢查傳感器是否在工作。關閉微控制器并斷開傳感器的連接。

在出口的末端加一滴熱膠。小心地吸進一點材料，并確保末端氣密密封。讓膠水冷卻并沉降，然后再次檢查其氣密性。如果需要，請在剩余的孔中添加更多的膠水。

將傳感器電纜連接到面包板上，然后啟動微控制器。

激活串行監視器以檢查傳感器是否發送了溫度和壓力值。

通過移動柱塞，您可以更改壓力值。但是，當您按下或按下柱塞時，也請仔細查看溫度值。

關閉串行監視器并打開“ Serial Plotter”，移動柱塞。播放！

如果需要，可以通過向側面施加一點力來校正音量。

步驟3：結果和展望

使用此處描述的設備，您可以在一個簡單的物理實驗中演示壓縮與壓力的相關性。由于注射器帶有刻度，即使進行定量實驗也很容易。

博伊耳定律，［體積*壓力］對于給定溫度下的氣體是恒定的，這意味著如果將給定體積的氣體壓縮為N倍，即最終體積為1/N，則其壓力將升高N倍。

如：

P1 * V1 = P2 * V2 =常量。

有關詳細信息，請查閱Wikipedia上有關氣體定律的文章。

因此，從如果靜止點為例如V1 = 100 ml和P1 = 1000 hPa，則壓縮到大約66 ml（即V2 = V1的2/3）壓力約為1500 hPa（P2 = P1的3/2）。將柱塞拉至125 ml（5/4倍體積）可產生約800 hPa的壓力（4/5壓力）。對于這樣一個簡單的設備，我的測量結果極其精確。

此外，您將直接獲得觸覺效果，壓縮或膨脹相對少量的空氣需要多少力。

但是我們也可以執行一些計算并通過實驗進行檢查。假設我們在1000 hPa的基本氣壓下將空氣壓縮到1500 hPa。因此，壓力差為500 hPa或50，000 Pa。對于我的注射器，活塞的直徑（d）約為4 cm或0.04米。

現在，您可以計算將活塞保持在該位置所需的力。給定P = F/A（壓力除以面積除以力），或轉換后的F = P * A。力的SI單位為“牛頓”或N，長度為“米”或m，壓力的單位為“帕斯卡”或Pa。1Pa為每平方米1N。對于圓形活塞，面積可以使用A = （（d/2）^ 2）* pi，它為我的注射器提供0.00125平方米。因此50，000 Pa * 0.00125 m ^ 2 = 63N。在地球上，1 N對應于100 gr的重量，因此63 N為等于保持6.3 kg的重量。

因此，很容易根據壓力測量結果來建立一種秤。

由于溫度傳感器極其敏感，因此甚至可以我假設如果您使用BME280傳感器（也可以執行濕度測量），甚至可能會看到壓力對相對濕度的影響。

Arduino IDE可以很好地實時顯示壓力變化，但也可以使用其他更精細的解決方案，例如以處理語言。

除了用于教育目的，還可以將該系統用于以下目的：在某些實際應用中，因為它確實可以定量地測量試圖使柱塞一種或另一種方式移動的力。因此，您可以測量柱塞上的重量或柱塞上的沖擊力，或者在達到某個閾值后構建一個開關來激活電燈或蜂鳴器或播放聲音?；蛘?，您可以制造一種樂器，該樂器可以根據施加在柱塞上的力量來改變頻率。

步驟4：腳本

腳本我在這里添加了對Banggood網站上的BME280腳本的修改。

我剛剛優化了Serial.print訂單，以便更好地在Arduino IDE串行繪圖儀中顯示它們。

Adafruit腳本看起來更好，但是它需要一些庫，并且無法識別Banggood傳感器。