传感与检测技术实验指导书 2021新

传感与检测技术实验指导书 2021新
传感与检测技术实验指导书-2021新
实验一应变片测量电桥特性分析
一、实验目的
1.掌握应变片的布片及接桥方法；
2.介绍应变片单臂、半桥、全桥的工作原理和工作特性；
3.了解测试应变片单臂、半桥、全桥输出与输入电压之间的关系。

二、实验原理
应变片是一种将机械构件的应变转换为电阻值变化的变换元件，一般做成片状，简称为应变片。

应变片按材料的不同有金属应变片和半导体应变片。

应变片就是最常用的测力敏感元件。

当用应变片测力时，应变片应当牢固地粘贴在测试体表面，当测试体受力出现变形时，应变片脆弱栅的结构尺寸随之变化，其电阻值将产生适当的变化。

通过应变片测量电桥，将应变片电阻值的变化转换成适当的电压输入。

电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路相对臂电阻乘积相等，电桥输出电压为零。

在桥臂四个电阻r1、r2、r3、r4中，电阻的相对变化量分别为△r1/r1、△r2/r2、△r3/r3、△r4/r4，桥路的输电压出与应变?r??r1??r2??r3??r4成
r1r2r3r4正比。

通常快速反应测量电桥都使用等臂桥，此时r1=r2=r3=r4=r，△r1=-△r2=△r3=-△r4=
△r。

当使用一个应变片接成单臂桥时，则有?r??r；当使用二个应变片接成差动半桥时，
r则存有?r?2?r；若用四个应变片K817差动全桥时，则存有?r?4?r。

rr根据电路分析可以得出：单臂测量电桥的输出电压uo=kuiεuo=kuiε
r/2，差动全桥输入电压
差动半桥输出电压r/4，
uo=kuiε
r；相应地单臂测量电桥输出电压的灵敏度
ku=uo/△r/r=ui/4，差动半桥输入电压的灵敏度ku=uo/△r/r=ui/2，差动全桥输入电压的灵敏度ku=uo/△r/r=ui。

由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次减小；当
ui和电阻相对变化一定时，电桥的输入电压及其电压灵敏度与各桥臂阻值的大小毫无关系。

三、需用器件及单元
实验台主控箱(±4v、±15v、电压表)、快速反应式传感器实验模板、纸盒、砝码、4
十一位半数显出万用表。

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图1－1快速反应式传感器加装示意图
四、实验内容与步骤
图1－2快速反应式传感器单臂电桥实验接线图
（一）应变传感器实验模板电路调试及说明
1．实验模板表明
如图1-1所示，应变式传感器已装于应变传感器模块上，传感器中各应变片r1、r2、
r3、r4已接入图1―2所示实验电路的左上方，传感器中各应变片的静态值均为350?。

实
验时，当托盘加上法码后，应变片r1、r3为承受拉应变，其阻值增加；应变片r2、r4承
受压应变，其阻值减小；r1、r2、r3、r4应变后阻值的大小可用万用表测量。

图1―2中r5、r6、r7为标准电阻，图中没文字标记的5个电阻符号下面就是觑的，
其中4个共同组成电桥模型就是为实验者内模差动半桥和全桥电路提供方便，图中的黑粗
线则表示外
2
相继线。

2.实验模板差动放大器调零
图1―2中rw1和rw2为电桥调零电位器，rw3和rw4为差动放大器调零电位器。

由于测量电桥输入电压不大，实验时其输入需接低输入阻抗、低压缩倍数的差动运算放大器。

运算放大器资金投入测量压缩工作之前，须要展开静态调零。

调零的方法如下：
（1）接入模板电源±15v(从主控箱引入)，检查无误后，合上主控箱电源开关，将实
验模板上调零电位器rw3顺时针调节到大致中间位置（先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈）。

（2）将高振动路的也已、正数输出端的与地短接，输入端的与主控箱面板上lenses 电压表输出端的vi相连，调节实验模板下调零电位器rw4，并使数显表表明电压值零(数显表的转换控制器追到2v档)，完停用主控箱电源。

（二）应变片单臂电桥实验
1.单臂电桥接线及调零
参照图1－2互连应变片r1，做为一个桥臂，r1与r5、r6、r7(在模块内已相连接不好的标准电阻)K817应变片单臂测量电桥。

接通桥路电源±4v(从主控箱导入)，检查接线有误后，再分上主控箱电源开关，调节rw1并使数显表表明电压值零。

2.单臂电桥实验
在快速反应传感器实验纸盒上置放一只砝码，加载数显表表明的电压值；依次减少砝码并加载适当的lenses电压值，计入表中1.1中。

表中1.1应变片单臂电桥实验数据表重量（g）电压（mv)3.实验建议
根据表1.1记录的实验数据，画出加载实验曲线，计算应变片单臂测量电桥输出电压的灵敏度s＝δu/δg（δu输出电压变化量，δg重量变化量）和非线性误差
δf1=δm/yf..s×100％，式中δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；yfs满量程输出量（平均值）。

实验完毕，关闭电源。

（三）应变片半桥实验
1.半桥接线及调零
参考图1－3接线，应变片r1、r2为一对差动电阻应变片（一为拉应变、一为压应变)，
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两应变片接于差动半桥的两相邻边上。

保持实验步骤（二）电位器rw3、rw4不变，接入桥路电源±4v，调节rw1，使数显表电压指示为零。

图1－3快速反应式传感器半桥实验接线图
2.半桥实验
（1）在快速反应传感器纸盒上置放一只砝码，加载数显表表明的电压值；依次减少砝码并加载适当的lenses电压值，计入表中1.2中。

（2）依次减少砝码并读取相应的数显电压值，将实验数据记入表1.2。

表1.2应变片半桥实验数据表重量（g）加载电压（mv）减载电压（mv)
3.实验建议
根据表1.2记录的实验数据，画出加载及减载实验曲线，计算灵敏度s,非线性误差δ、回程误差大小。

实验完毕，关闭电源。

（四）应变片全桥实验
1.全桥接线及调零
参考图1－4接线，应变片r1、r2、r3、r4接成差动全桥（r1、r3、为拉应变，r2、
r4为压应变)。

保持实验步骤（三）电位器rw3、rw4不变，接入桥路电源±4v，调节rw1，
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使数显表电压指示为零。

图1－4全桥性能实验接线图
2.全桥实验
（1）在快速反应传感器纸盒上置放一只砝码，加载数显表表明的电压值；依次减少
砝码并加载适当的lenses电压值，计入表中1.3中。

（2）依次减少砝码并读取相应的数显电压值，将实验数据记入表1.3。

表1.3应变片全桥实验数据表重量（g）加载电压（mv）减载电压（mv)
3.实验建议
根据表1.3记录的实验数据，画出加载及减载实验曲线，计算灵敏度s,非线性误差δ、回程误差大小。

实验完毕，关闭电源。

20406080100120140160180200五、注意事项
1.实验前应检查实验接线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线；
2.接插线
插入插孔时轻轻的做一小角度的转动，以保证接触良好，拔出时应轻轻把反方向转动一下
拔出，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂；
5。