金属箔式应变片及转换电路性能实验报告

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实验二

一、实验目的

1、了解应变片的测试原理与应用领域

2,掌握应变片测试方法及典型转换电路原理

3、通过实验数据分析处理，掌握获得传感器静态特性性能指标的过程和方法。

二、实验内容和要求

1,观察金属箔式应变片的结构、贴片方式以及接桥方式;

2.测试应变梁变形时的应变输出;

3、比较应变片不同接桥方式对电桥输出结果的影响。

三、多验主要仪器设备和材料

1, CYS型传感器系统综合实验仪

2,若干接插连接实验导线。

3、万用表(非必需)

四、实验方法、步骤及结果测试

一)实验原理

应变片是最常用的测力传感元件。当使用应变片进行测试时，首先要将应变片牢固地粘贴到测试体表面。当测件受力发生变形，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值也随之发生相应变化。之后，再通过测量转换电路，将电阻值变化转换成电压信号输出显示。

直流电桥是最常用的一种电测转换电路。当电桥的相对臂电阻阻值乘积相等时，电桥平衡，此时电桥输出电压为零。若设电桥桥臂的四个电阻初始值分别为:R1=R2=R3=R4=R，当测试体表面产生变形，则其电阻的相对变化率分别为△R1 /R1、△R2/R2, △R3/R3和△R4/R4。当使用一个应变片时，可组成半桥单臂电桥，在电阻变化量△R较小的情况下，电桥输出电压为U0=U△R/4*R；当使用二个应变片差动连接，组成半桥双臂电桥，则有U0=U△R/2*R；而用四个应变片组成全桥形式，则输出电压为U0=U△R/R。由此可见，半桥单臂、半桥双臂和全桥电路的灵敏度是依次增大的。

通过本实验，可以验证说明箔式应变片组成半桥单臂、半桥双臂和全桥的原理及工作性能。

二）实验步骤及结果测试

1、仪表及电路调零

2、半桥单臂接桥方式测试

○1接桥。按半桥单臂电桥测试接线原理图，将实验模块用实验线连接成测试电桥。桥路中R1、R2、R3和WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R为箔式应变片。直流源为+-4V

②测微头置位·测微头装于悬臂梁前端的永气磁钢上。初始时，测微头一般位于悬臂梁上方，不与梁接触。测微头置位，即是调节测微头旋转，通过顶杆使应变梁处于基本水平状态。此时可认为悬臂梁上的应交片不受力其电阻为应变片初始值。

③直流电桥平衡调整

确定按图接线无误后，开启仪器电源并预热数分钟。调整直流电桥W电位器，使测试系统电压输出为零。此时可认为电桥处于平衡状态。

④加载侧试

a、旋动铡徽头，带动悬臂梁分别作向上或向下的移动，以水平状态下输出电压

为零。测微头每转一圈，对应垂直移动0.5mm，相应记录差动放大器的一个

输出电压值。向上或向下各移动5mm，记录十组数据。

b、以与○1相反的旋转方向（反向加载），用同样的方法测试，记录数据。

3、半桥双臂接桥方式测试

保持差动放大器增益不变，将R1换成为与应变片R工作状态相反的另一应变片，形成半桥双臂电桥，调好零点，用同样方法，测出数据。

4、全桥接桥方式测试

保持放大器增益不变，将R3、R2两个电阻换成另两片应变片，接成一个直流全桥电路，调好零点，测出数据。

五、实验数据

半桥单臂灵敏度S1=△V1/△X=（4+3+3+4+4+4+3+3+4）/9*0.5=7.11(mv/mm)

半桥单臂灵敏度S2=△V2/△X= (4+2+4+4+4+4+4+4+4)/ 9*0.5=7.56(mv/mm)

半桥双臂灵敏度S3=△V3/△X= （5+9+8+7+9+7+9+12+4）/9*0.5=15.56(mv/mm)

半桥双臂灵敏度S3=△V3/△X= (8+11+8+7+11+9+7+10+9) /9*0.5=17.78(mv/mm)

六、思考题

1、若要计算系统的回程误差，测试数据该如何处理？

答：计算系统的回程误差，应把第二次实验数据的电压值取负值

2、图1中，若R和R1~R3均为应变片，接桥时未能接成差动形式，系统能否正常工作?为什么？

答：不能正常工作，因为不接成差动形式，电桥桥臂电阻差值不能通过电压输出

3、实验中，在电桥的三种状态下测试，为什么要求保持差动放大器的增益不变？

答：只有保持差动放大器增益不变，三种状态下测的数据才有对比性