传感器实验报告(电阻应变式传感器)

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传感器技术实验报告

院(系)机械工程系专业班级

姓名同组同学

实验时间 2014 年月日,第周,星期第节实验地点单片机与传感器实验室实验台号

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(每只约20g)、、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,应变片随弹性体形变被拉伸,或被压缩。

图1-1

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

εk E R R

R R R E U 4

R 4E 21140=∆⋅≈∆⋅+∆⋅

= (1-1) E 为电桥电源电压,R 为固定电阻值,式1-1表明单臂电桥输出为非线性,非线性误差为%10021L ⋅∆⋅-

=R

R γ。 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R 1、R 2、R 3、R 4上,可用万用表测量判别,R 1=R 2=R 3=R 4=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U i 短接,输出端Uo 2接数显电压表(选择2V 档),调节电位器Rw 3,使电压表显示为0V ,Rw 3的位置确定后不能改动,关闭主控台电源。

图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图

3.将应变式传感器的其中一个应变电阻(如R 1)接入电桥与R 5、R 6、R 7构成一个单臂直流电桥,见图1-2,接好电桥调零电位器Rw 1,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U i ,检查接线无误后,合上主控台电源开关,调节Rw 1,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Rw 4,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Rw 4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,记录实验结果,填入表1-1,关闭电源。

表1-1

重量(g)

电压(mV)

五、注意事项

加在应变传感器上的压力不应过大,以免造成应变传感器的损坏!

六、实验报告

根据表1-1计算系统灵敏度S=ΔU/ΔW(ΔU输出电压变化量,ΔW重量变化量)和非线性误差δf1=Δm/y F..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;y F·S为满量程(200g)输出平均值。

七、思考题:

采用单臂电桥时,作为桥臂的电阻应变片应选用:

(1)正(受拉)应变片;

(2)负(受压)应变片;

(3)正、负应变片均可以。

答:

传 感 器 技 术 实 验 报 告

院(系) 机械工程系 专业 班级 姓 名 同组同学 实验时间 2014 年 月 日,第 周,星期 第 节 实验地点 单片机与传感器实验室 实验台号

实验二 金属箔式应变片——半桥性能实验

一、实验目的:比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。

二、实验仪器:同实验一

三、实验原理:不同受力方向的两片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。当两片应变片阻值和应变量相同时,其桥路输出电压

R

R

E k U ∆=

=

22E 0ε (2-1) U 0比单臂电桥灵敏度提高一倍,半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。

四、实验内容与步骤

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R 1、R 2、R 3、R 4上,可用万用表测量判别,R 1=R 2=R 3=R 4=350Ω。

图2-1 应变式传感器半桥实验接线图

2.差动放大器调零。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U i短接,输出端Uo2接数显电压表(选择2V档),调节电位器Rw3,使电压表显示为0V,Rw3的位置确定后不能改动,关闭主控台电源。

3.根据图2-1接线,R1、R2为实验模板左上方的应变片,注意R2应和R1受力状态相反,即桥路的邻边必须是传感器中两片受力方向相反(一片受拉、一片受压)的电阻应变片。接入桥路电源±4V(从主控台接入),电桥输出接到差动放大器的输入端U i,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Rw4,改变差动放大器的增益,使数显电压表显示10mV,读取数显表数值,保持Rw4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,记录实验结果,填入下表,关闭电源。

表2-1

重量(g)

电压(mV)

五、实验报告

根据表2-1计算系统灵敏度L=ΔU/ΔW和非线性误差δf2。

六、思考题:

1.半桥侧量时两片不同受力状态的电阻应变片在接入电桥时,应放在:(1)对边?(2)邻边的位置?

答:

2.桥路测量时存在非线性误差,是因为:(1)电桥测量原理上存在非线性误差?(2)应变片应变效应是非线性的?(3)零点偏移?

答:

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