应变传感器原理测量实验

应变传感器测量原理实验

车浩斌 14151180

一、实验目的

1.了解箔式应变片的结构及粘贴方式

2.掌握使用电桥电路对应变片进行信号调理的原理和方法

3.掌握使用应变片设计电子秤的原理

4.掌握应变片的温度补偿的原理和方法

二、实验原理（自己的语言）

1.应变片测量原理

应变片测试时，随着应变片发生变形，应变片的电阻值发生变化，通过测量电路，即可将这种电阻变化所测试出来从而转化对变形的测试。

2.应变电桥原理

当电桥平衡时，桥路対臂电阻乘积相等，电桥输出为0，当其中的一个或多个应变因发生变形而导致阻值变化时，从而导致电桥的输出发生变化。对电桥的输出的进行测量从而测试出应变的变化情况。

3.称重原理

将四个应变片贴在悬臂梁上（上下各两个，对称分布），在悬臂梁的自由端通过加所测砝码来施加向下的外力，造成梁受弯，产生弯曲应变，上测应变片电阻值增加，下测应变片电阻值减小，将四个应变片接为全桥电路，因此可以通过输出电压的变化量来求出应变值，再由施加外力与应变的关系式可以求得外力，进而求得所测砝码的重量。

4.温补原理

当应变片所处环境温度发生变化时，其阻值也会相应的改变。若原测量电桥为1/4桥，则会产生较大的误差，此时在其相邻桥臂再加一个相同的应变片作为温度补偿片。

本实验采用电桥补偿法。

三．实验内容

1．测试应变称重电路的静态指标。

2．了解温度变化对应变测量系统的影响，学习温度补偿的方法。

实验问题思考：

（1）实验中温度补偿的原理。

（2）通过实验思考影响应变片测量精度的因素。

四．实验仪器

直流稳压电源（±4V、±12V），应变式传感器实验模块，双孔悬臂梁称重传感器，称重砝码（20克/个），数字万用表（可测温）。

五．实验步骤

（1）观察称重传感器弹性体结构及传感器粘贴位置，将三芯电缆供电线一端与应变式传感器实验模块相连，另一端与主机实验电源相连

（2）将差动放大器增益置于最大位置（顺时针方向旋到底），差动放大器的“+”“-”

输入端接地。输出端接电压表200mV档。开启主机电源，用调零电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线，调零后模块上的“增益、调零”电位器均不应再变动。

（3）按图2.12将所需实验部件连接成测试桥路（全桥接法），图中R1、R2、R3和R均为应变计（可任选双孔悬臂梁上的一个应变片），图中每两个节之间可理解为一根实验连接线，注意连接方式，勿使直流激励电源短路。（±4V采用主机电源上的+V0和-V0）。

图2.12测试电桥连接电路

（4）开启微机电源，调节电桥WD调零电位器使无负载时的称重传感器输出为零。

（5）逐一将砝码放上传感器称重平台（共9个砝码），调节增益电位器，使VOUT端输出电压与所称重量成一比例关系，记录W（克）与V（mV）的对应值，并将记录数据（按静态标定步骤进行正反三次循环）。

（6）做出V-W曲线。

（7）用可测温度的万用表测出环境温度大小，并记录。

（8）开启“应变加热”电源，观察电桥输出电压随温度升高而发生的变化，待加热温度达到一个相对稳定值后（加热器加热温度约高于环境温度30℃），记录VOUT端输出电压值，用可测温度的万用表测出孔悬臂梁上的温度，并求出大致的温飘△V/△T，然后关闭加热电源，待其冷却。记录数据。

（9）将图2.12中电阻R2换成一片与应变片在同一应变梁上的补偿应变片，重新调整系统输出为零。

（10）开启“应变加热”电源，观察经过补偿的电桥输出电压的变化情况，按照表2的形式记录数据，并求出温漂，然后与未进行补偿时的电路进行比较，用文字说明比较的结果。

六．数据处理

1.称重实验记录表

2. 应变片温度效应数据记录表

/

0.234/V T mv C

∆∆=︒ 3. 加温度补偿片后输出电压随温度变化记录表

/0.05/V T mv C ∆∆=︒

4. 实验滞回曲线

0.16mv/℃ 2.34mv/℃

5. 计算静态特性指标（各指标单位均为mv ） / 1.5162/dy dx mv g ==静态灵敏度S max min () 1.5162(1800)272.916FS y B x x mv =-=⨯-=

max ()/(2)100%13.332272.916100% 2.44%

H H FS y y ξ=∆⨯=÷÷⨯=迟滞误差 L L max =()/100%13.87272.916100% 5.08%H H FS y y ξ∆⨯=÷⨯=非线性迟滞误差

max(,)12.04ui di s s s ==标准偏差

3/100%312.04272.916100%

13.23%R FS s y ξ=⨯=⨯÷⨯=重复性指标

计算使用了matlab 进行辅助计算，matlab 实验代码见附录

七． 实验现象分析总结

本实验选用的是标准商用双孔悬臂梁式称重传感器，灵敏度高，性能稳定。从实验结果来看，线性结果比较明显，有较大的迟滞误差，重复性也不是很好，这可能是由于实验过程的操作和环境共同影响所致，通过经过温度补偿片补偿后的温漂与未补偿时的温漂的比较可以看出，温度补偿片对于温漂的抑制有着良好的作用，从而大大减小了由于温度变化所引起的测量误差。

实验原理操作较为简单，需要仔细耐心的对系统进行调试，对数据进行测量。

2.4786g/mv

2.4786 X 180=446.148mv

11.51/（2x446.148）=1.29% 11.51/446.14

2.58% 14.28

14.28/446.148=9.6%