传感器实验报告材料(电阻应变式传感器)

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。

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。

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：

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：同实验一。

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=Ekε（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、实验容与步骤

图3-1 全桥性能实验接线图