典型传感器的应用试验讲义-6页精选文档
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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=Ekє/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=Ekє/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=Ekє。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
5、根据表1计算系统灵敏度S=ΔU/ΔW(ΔU输出电压的变化
量,ΔW重量变化量)和非线性误差δ
f1
=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:yF·s满量程输出平均值,此处为200g。(二)半臂输入时电桥电压输出特性
1、重复实验(一)中第2步。
2、根据图4接线。注意R2和R1受力状态相反,即将传感器中两片
受力相反的电阻应变片作为电桥的相邻边。接入桥路电源±5V,调节电桥调零电位器Rw1进行桥路调零。
3、重复实验(一)中的步骤
4、5。自行设计表格,并计算灵敏度
S 2=ΔU/ΔW及非线性误差δ
f2
=Δm/yF·s×100%等。
图4 应变式传感器半桥实验接线图
(三)全臂输入时电桥电压输出特性
1、重复实验(一)中第2步。
2、根据图5接线。注意将传感器中两片受力相反的电阻应变片作为
电桥的相邻边。接入桥路电源±5V,调节电桥调零电位器Rw1进行桥路调零。
3、重复实验(一)中的步骤
4、5。自行设计表格,并计算灵敏度
S
3=ΔU/ΔW及非线性误差δ
f3
=Δm/yF·s×100%等。
图3 全桥性能实验接线图
五、实验要求:
1独力完成实验电路连线。
2找出这三种电桥输出电压与加负载重量之间的关系,并在同
一张坐标纸上作出Vo=F(m)的关系曲线。
3计算三种不同桥路的系统灵敏度和非线性误差,分析它们不
同的原因。
4利用全桥测量原理,自己设计电子秤。
六、实验注意事项:
1、不要放置超过1kg的物体,否则容易损坏传感器。
2、电桥的电压为±5V,绝不可错接成±15V,否则可能烧毁应
变片。
七、思考题
1、单臂电桥时,作为桥臂电阻应变片应选用:(1)正(受拉)
应变片(2)负(受压)应变片(3)正、负应变片均可以。
2、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时,
应放在:(1)对边(2)邻边。
3、全桥测量中,当两组对边(R1、R3为对边)电阻值R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。
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