传感器实验报告

传感器实验报告
传
感
实
验
报
告
姓名：王照华
准考证号：070212200200
实验⼀：⾦属箔式应变⽚单臂电桥性能实验
⼀、实验⽬的：
了解⾦属箔式应变⽚的应变效应，单臂电桥⼯作原理和性能。

⼆、基本原理：
电阻丝在外⼒作⽤下发⽣机械变形时，其电阻值发⽣变化，这就是电阻应变
效应，描述电阻应变效应的关系式为：
ΔR/R=Kε
式中ΔR/R为电阻丝的电阻相对变化值，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。

⾦属箔式应变⽚是通过光刻、腐蚀等⼯艺制成的应变敏感元件，⽤它来转换被测部位的受⼒⼤⼩及状态，通过电桥原理完成电阻到电压的⽐例变化，输出电压U0=EKε（E为供桥电压），对单臂电桥⽽⾔，电桥输出电压，U01=EKε/4。

（E为供桥电压）。

三、器件与单元：
应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约20g）、数显表、±15V电源、±4V电源、万⽤表(⾃备)。

四、实验步骤：
实验（⼀）
1、根据图(1-1),应变式传感器已装于应变传感器模板上。

传感器中各应变⽚已接⼊模板左上
⽅的R1、R2、R3、R4标志端。

加热丝也接于模板上，可⽤万⽤表进⾏测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω，加热丝阻值约为50Ω左右。

图1-1 应变式传感器安装⽰意图
2、实验模板差动放⼤器调零，⽅法为: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，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到⼤致中间位置，②将差放的正、负输⼊端与地短接，输出端与主控箱⾯板上数显电压表输⼊端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显⽰为零(数显表的切换开关打到2V档)，完毕关闭主控箱电源。

3、参考图（1-2）接⼊传感器，将应变式传感器的其中⼀个应变⽚R1(即模板左上⽅的R1)
接⼊电桥作为⼀个桥臂，它与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7在模块内已连接好)，接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V(从主控箱引⼊)，检查接线⽆误后，
合上主控箱电源开关，先粗调节Rw1，再细调RW4使数显表显⽰为零。

图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图
4、在传感器托盘上放置⼀只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码并读取相应的数显表数
值，记下实验结果填⼊表（1-1）。

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
重量
（g）
电压
3.3 6.8 10.3 13.8 17.3 20.6 2
4.1 27.6 30.8 34.3 （mv）
5、根据表（1-1）计算系统灵敏度S：S=ΔV/ΔW(ΔV为输出电压平均变化量；ΔW重量
变化量)，计算⾮线性误差：δf1=Δm/yF·S×100%，式中Δm为输出电压值(多次测量时为平均值)与拟合直线的最⼤电压偏差量：yF·S为满量程时电压输出平均值。

计算系统灵敏度S
S=△V/△W=（34.3-3.3）/9/20=0.172ｍｖ／ｇ
五、思考题：
单臂电桥时，作为桥臂的电阻应变⽚应选⽤：(1)正(受拉)应变⽚(2)负(受压)应变⽚(3)正、负应变⽚均可以。

答：（1）正（受拉）应变⽚
实验⼆⾦属箔式应变⽚半桥性能实验
⼀、实验⽬的：⽐较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点。

⼆、基本原理：不同受⼒⽅向的两⽚应变⽚接⼊电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提⾼，⾮线性得到改善。

当两⽚应变⽚阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U02=EK/ε2，⽐单臂电桥灵敏度提⾼⼀倍。

三、需⽤器件与单元：同实验⼀。

四、实验步骤：
1、保持实验（⼀）的各旋钮位置不变。

2、根据图1-3接线，R1、R2为实验模板左上⽅的应变⽚，注意R2应和R1受⼒状态相反，即桥路的邻边必须是传感器中两⽚受⼒⽅向相反(⼀⽚受拉、⼀⽚受压)的电阻应变⽚。

接⼊桥路电源±4V，先粗调Rw1，再细调Rw4，使数显表指⽰为零。

注意保持增益不变。

3、同实验⼀（4）步骤，将实验数据记⼊表（1）-2，计算灵敏度S=ΔV/ΔW，⾮线性误差δf2。

若实验时数值变化很⼩或不变化，说明R2与R1为受⼒状态相同的两⽚应变⽚，应更换其中⼀⽚应变⽚。

图1-3 应变式传感器半桥实验接线图
表1-2，半桥测量时，输出电压与负载重量的关系
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
重量
（g)
电压
6.9 13.9 20.8 2
7.8 34.7 41.8 4
8.8 55.8 63.2 70.1 （mv）
五、思考题：
1、半桥侧量时两⽚不同受⼒状态的电阻应变⽚在接⼊电桥时，应放在：(1)对边？(2)
邻边的位置？
答：（2）邻边
2、桥路测量时存在⾮线性误差，是因为：(1)电桥测量原理上存在⾮线性误差？(2)应
变⽚应变效应是⾮线性的？(3)零点偏移？
答：测量时存在⾮线性误差，是因为电桥测量原理上存在⾮线性误，应变⽚应变效应是⾮线性的，零点偏移共同造成的。

实验三⾦属箔式应变⽚全桥性能实验
⼀、实验⽬的：了解全桥测量电路的优点。

⼆、基本原理：全桥测量电路中，将受⼒状态相同的两⽚应变⽚接⼊电桥对边，不同的接⼊邻边，应变⽚初始阻值是R1= R2= R3=R4，当其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时，桥路输出电压U03=KE ε，⽐半桥灵敏度⼜提⾼了⼀倍，⾮线性误差进⼀步得到改善。

三、需⽤器件和单元：同实验⼀。

四、实验步骤：
1、保持实验（⼆）的各旋钮位置不变。

2、根据图1-4接线，将R1、R2、R
3、R4应变⽚接成全桥，注意受⼒状态不要接错调节零位旋钮Rw1，并细调Rw4使电压表指⽰为零，保持增益不变，逐⼀加上砝码。

将实验结果填⼊表1-3；进⾏灵敏度和⾮线性误差计算。

图1-4 全桥性能实验接线图 1-3，全桥测量时,输出电压与负载重量的关系
重量
（g ） 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
电压（mv ） 13.9 27.7 41.7 55.5 69.4 83.3 97.2 110.6 124.8 138.9
五、思考题：
1、全桥测量中，当两组对边(R1、R3)电阻值相同时，即R1= R3, R2= R4,⽽R1≠R2时，是否可以组成全桥：(1)可以,(2)不可以。

答：（1）可以
2、程技术⼈员在进⾏材料拉⼒测试时在棒材上贴了两组应变⽚，如何利⽤这四⽚电阻应变⽚组成电桥，是否需要外加电阻。