检测技术实验报告

《检测技术实验》

实验报告

实验名称：第一次实验（一、三、五）

院（系）：自动化专业：自动化

姓名：XXXXXX学号： XXXXXXXX

实验室：实验组别：

同组人员：实验时间：年月日评定成绩：审阅教师：

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、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V电源、万

用表、导线等。

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组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，上面的应变片随弹性体形变被拉伸，对应为模块面板上的R1、R3，下面的应变片随弹性体形变被压缩，对应为模块面板上的R2、R4。

图2-1 应变式传感器安装示意图

图2-2 应变传感器实验模板、接线示意图图2-3 单臂电桥工作原理

通过这些应变片转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压

E为电桥电源电压，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为

四、实验内容与步骤

1、图1-1应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R

2、R

3、

R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。

2、从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入

端Ui短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档），调节电位器Rw4，使电压表显示为0V。Rw4的位置确定后不能改动。关闭主控台电源。

3、将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R5、R6、R7构成一个单

臂直流电桥，见图1-2，接好电桥调零电位器Rw1，直流电源±4V（从主控台接入），电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw1,使电压表显示为零。

4、在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw3，改变差动放大器的增益，使数显电

压表显示2mV，读取数显表数值，保持Rw3不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入下表1-1，关闭电源。

五、实验数据处理：

利用matlab拟合出的曲线如下：

记重量为X(g)，电压为y(mv),根据MATLAB,拟合出的曲线为： y=0.2775X+1.9600

可以求重量为100g时误差最大为0.5055mv

非线性误差δf1=Δm/yF..S ×100％

= 0.5055/57.4*100%

= 0.8807%

系统灵敏度S＝ΔU/ΔW=0.2775

利用虚拟仪器进行测量的数据为：

表1-2

利用matlab拟合出的曲线如下：

拟合出的曲线为：

y= 0.2909X-0.6000

可以求重量为100g时误差最大为4.7055mv。误差明显增大。

六、思考题

单臂电桥工作时，作为桥臂电阻应变片正负均可，因为单臂电桥对应变计的受力方向没限制，不管应变计受拉还是受压，其阻值都会发生变化，从而使得桥路有电压输出。

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、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表（自备）。

三、实验原理：全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出

Uo=KEε 3-1 E为电桥电源电压，式3-1表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。

四、实验内容与步骤

1、应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。

2、差动放大器调零，参考实验一步骤2。

3、按图3-1接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边，

接入电桥调零电位器Rw1，直流电源±4V（从主控台接入），电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw1,使电压表显示为零。

4、在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw3，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示0.020V左右，读取数显表数值，保持Rw3不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入下表3-1，关闭电源。

五、数据处理

表3－1

利用matlab拟合出的曲线如下：

记重量为X(g)，电压为y(mv),根据MATLAB,拟合出的曲线为： y=1.0952X+0.3333

可以看出重量为180kg时误差最大为0.4606mv

非线性误差δf3=Δm / yFS ×100％

= 0.4606/219*100%

= 0.2103%

系统灵敏度L＝ΔU/ΔW=1.0952

利用虚拟仪器进行测量的数据为：

拟合出的曲线为：

y= 1.1015 X+1.9333

可以求重量为200g时误差最大为4.7636mv。误差明显增大。

六、思考题

1、测量中，当两组对边（如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。

答：

不可以

2、某工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，如图，能否如何利用四片应变片组成电桥，是否需要外加电阻。