东南大学检测技术实验一

《检测技术实验》

实验报告

实验名称：第一次实验

院（系）：自动化学院专业：自动化

姓名：徐丽娜学号：08011308

实验室：实验组别：

同组人员：刘燊燊实验时间：2011 年11 月16 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（自备）。

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1

图2

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

式1-2

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。

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

重量

（g）

0.2 4.8 9.1 13.3 18.0 22.4 26.9 31.3 35.8 40.2 44.8

电压

(mv)

表1

利用Origin拟合出的曲线如下：

记重量为X(g)，电压为y(mv),根据Origin拟合出的曲线为：

y=0.22255X+0.18182

可以看出重量为0kg时误差最大为0.01818mv

非线性误差δf1=Δm/y F..S ×100％

=0.01818/0.2*100%

=9.09%

系统灵敏度S＝ΔU/ΔW=0.22255

五、思考题

单臂电桥工作时，作为桥臂电阻的应变片应选用：（1）正（受拉）应变片；（2）负（受压）应变片（3）；正、负应变片均可以。

答：正负均可，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式 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2，关闭电源。

重量

(g)

2 0 40 60 80 100 120 140 160 180 200

电压(mv) 16.6 34.2 53.0 70.5 88.2 106 123.

7

140.

9

158.

5

176.1

表2

利用Origin拟合出的曲线如下：

记重量为X(g)，电压为y(mv),根据MA TLAB,拟合出的曲线为：

y=0.88697X-0.86447

可以看出重量为200kg时误差最大为0.42953mv

非线性误差δf3=Δm/y F..S ×100％

=0.42953/176.1*100%

=0.24

系统灵敏度L＝ΔU/ΔW=0.8869

五、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：（2）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，图２-８，能否如何利用四片应变片组成电桥，是否需要外加电阻。

图3 受拉力时应变式传感器圆周面展开图

答：能够利用它们组成电桥。对于左边一副图，可以任意选取两个电阻接入电桥的对边，则输出为两倍的横向应变，如果已知泊松比则可知纵向应变。对于右边的一幅图，可以选取R3、R4接入电桥对边，则输出为两倍的纵向应变。两种情况下都需要接入与应变片阻值相等的电阻组成电桥。

３、金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较

基本原理图２-９（a）、（b）、（c）。

比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，根据实验结果和理论分析，阐述原因，得出相应的结论。

注意：比较实验中，（a）、（b）、（c）放大电路的放大器增益必须相同。