典型传感器的应用试验讲义-6页精选文档

典型传感器的应用

金属箔式应变片----单臂、半臂、全桥性能实验

一、实验目的：

1)了解金属箔式应变片的应变效应，电桥的工作原理。

2)了解单臂电桥、半桥、全桥的性能，并比较其灵敏度和非线性度。

3)了解应变直流全桥的应用。

二、实验仪器：

应变式传感器实验模板、砝码、数显表、±15V电源、±5V电源

三、实验原理：

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:ΔR/R电阻丝电阻相对变化, K为应变灵敏系数, ε=ΔL/L为电阻丝长度相对变化, 金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部件受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。一般根据工作中电阻值参与变化的桥臂数可分为：半桥单臂式、半桥双臂式和全桥连接式联接，如图1所示。对单臂电桥输出电压Uο1=Ek?/4。在半桥性

能实验中，不同受力方向的两只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。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uο2=Ek?/2。在全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，当应变片初始阻力值：R1=R2=R3=R4，其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时，其桥路输出电压Uο3=Ek?。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。

图a单臂输入原理图图b双臂输入原理图图c 全桥输入原理图

图1 三中电桥原理图

四、实验步骤：

（一）单臂输入时电桥电压输出特性

1、如图2所示，应变式传感器已安装到应变传感器模块上。

传感器中各应变片已接入左上方的R1、R2、R3、R4。其电

阻大小为R1=R2=R3=R4=350欧姆。

图2 应变式传感器安装示意图

2、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，顺时针调节Rw2使之大致位于中间位置，

再进行差动放大器调零，方法为：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（数显表的切换零电位器Rw3，使数显表显示为零，开关打到2V档）。关闭主控箱电源。（注意：当Rw2的位置一旦确定，就不能改变。）

3、按图3将应变式传感器的其中一个应变片R1接入7模块内

已接好），接好电桥调零电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥，（R5、R6、R电位器Rw1，接上桥路电源±5V，此时应将±5V地与±15V地短接（因为不共地）。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节Rw1，使数显表显示为零。

图3 应变式传器实验模板电原理图

4、在悬臂上放置一只砝码，读取数显表数值，以后每次增加

一个砝码并读取相应的数显表值，直到200g砝码加完。记下实验结果填入表1，关闭电源。

表1 单臂电桥输出电压与所加负载重量值