简易压力测量设备的制作

第1步：使用的材料

150或250 ml塑料导管注射器-可通过互联网或在硬件或花园获得在您附近的商店购买几美元或几欧元。

压力传感器突破-我用了我在Banggood购买的便宜的BMP280（温度和压力）传感器。这是一个不带电平转换器的3V突破，每个价格不到2 $。测量范围介于650和1580 hPa之间。电缆和面包板：我使用了较长的跨接电缆将分支连接到面包板。

电缆的长度至少应与注射器一样长，否则连接电缆和断开连接将非常困难。

双向5-》 3 V电平转换器：将上述传感器连接到Arduino所需。

如果您的传感器突破了例如以下要求，则不需要作为Adafruit版本，已经在板上实现，或者您的微控制器正在使用3V逻辑。

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的说明进行操作，即使Micro：bit也可以使用。

注射器的支架可能对某些应用有用，但不是必需的。

Arduino IDE。

步骤2：组装和应用

在面包板上设置所有零件。如果需要，连接微控制器和电平转换器。如果将面包板上的电源轨中的一个定义为5V，将另一个定义为3V，并将它们分别连接到微控制器的5V，3V和接地端口，然后连接电平转换器的3V，5V和GND端口。现在，将Arduino的SDA（A4）和SCL（A5）端口与电平转换器5V侧的两个非电源端口相连。请注意，微控制器之间的SDA和SDA端口不同，因此请检查您的微控制器。

使用稍后将与电平转换器一起使用的电缆连接传感器。传感器的SDA和SCL连接到电平转换器3V侧的相应端口，传感器的Vin和Gnd端口连接到3V并接地。

如果要使用提供的脚本，则无需在Arduino IDE上安装其他库。如果您更喜欢使用Adafruit BMP280脚本，请安装它们的BMP280和传感器库。

加载BMP280脚本并将其上传到Arduino。

使用串行监视器检查是否收到合理的数据。如果没有，请检查连接。

现在关闭微控制器，并拔下连接传感器和面包板的电缆。

现在将电缆穿过注射器的出口。如果使用跨接电缆，则可能有必要加宽插座或将其缩短一点。确保一个接一个地通过母端。 I2C分支需要四根电缆，优先使用不同颜色的电缆。

然后重新连接分支和电缆，并如上所述检查连接是否正常。现在将分接头移至注射器的出口端。插入柱塞并将其移动到比计划的静止位置稍远的中心位置。

将电缆连接到面包板上，并检查传感器是否在工作。关闭微控制器并断开传感器的连接。

在出口的末端加一滴热胶。小心地吸进一点材料，并确保末端气密密封。让胶水冷却并沉降，然后再次检查其气密性。如果需要，请在剩余的孔中添加更多的胶水。

将传感器电缆连接到面包板上，然后启动微控制器。

激活串行监视器以检查传感器是否发送了温度和压力值。

通过移动柱塞，您可以更改压力值。但是，当您按下或按下柱塞时，也请仔细查看温度值。

关闭串行监视器并打开“ Serial Plotter”，移动柱塞。播放！

如果需要，可以通过向侧面施加一点力来校正音量。

步骤3：结果和展望

使用此处描述的设备，您可以在一个简单的物理实验中演示压缩与压力的相关性。由于注射器带有刻度，即使进行定量实验也很容易。

博伊耳定律，［体积*压力］对于给定温度下的气体是恒定的，这意味着如果将给定体积的气体压缩为N倍，即最终体积为1/N，则其压力将升高N倍。

如：

P1 * V1 = P2 * V2 =常量。

有关详细信息，请查阅Wikipedia上有关气体定律的文章。

因此，从如果静止点为例如V1 = 100 ml和P1 = 1000 hPa，则压缩到大约66 ml（即V2 = V1的2/3）压力约为1500 hPa（P2 = P1的3/2）。将柱塞拉至125 ml（5/4倍体积）可产生约800 hPa的压力（4/5压力）。对于这样一个简单的设备，我的测量结果极其精确。

此外，您将直接获得触觉效果，压缩或膨胀相对少量的空气需要多少力。

但是我们也可以执行一些计算并通过实验进行检查。假设我们在1000 hPa的基本气压下将空气压缩到1500 hPa。因此，压力差为500 hPa或50，000 Pa。对于我的注射器，活塞的直径（d）约为4 cm或0.04米。

现在，您可以计算将活塞保持在该位置所需的力。给定P = F/A（压力除以面积除以力），或转换后的F = P * A。力的SI单位为“牛顿”或N，长度为“米”或m，压力的单位为“帕斯卡”或Pa。1Pa为每平方米1N。对于圆形活塞，面积可以使用A = （（d/2）^ 2）* pi，它为我的注射器提供0.00125平方米。因此50，000 Pa * 0.00125 m ^ 2 = 63N。在地球上，1 N对应于100 gr的重量，因此63 N为等于保持6.3 kg的重量。

因此，很容易根据压力测量结果来建立一种秤。

由于温度传感器极其敏感，因此甚至可以我假设如果您使用BME280传感器（也可以执行湿度测量），甚至可能会看到压力对相对湿度的影响。

Arduino IDE可以很好地实时显示压力变化，但也可以使用其他更精细的解决方案，例如以处理语言。

除了用于教育目的，还可以将该系统用于以下目的：在某些实际应用中，因为它确实可以定量地测量试图使柱塞一种或另一种方式移动的力。因此，您可以测量柱塞上的重量或柱塞上的冲击力，或者在达到某个阈值后构建一个开关来激活电灯或蜂鸣器或播放声音。或者，您可以制造一种乐器，该乐器可以根据施加在柱塞上的力量来改变频率。

步骤4：脚本

脚本我在这里添加了对Banggood网站上的BME280脚本的修改。

我刚刚优化了Serial.print订单，以便更好地在Arduino IDE串行绘图仪中显示它们。

Adafruit脚本看起来更好，但是它需要一些库，并且无法识别Banggood传感器。