自動化傳感器實(shí)驗報告二金屬箔式應(yīng)變片——半橋性能實(shí)驗

1、自動化傳感器實(shí)驗報告二金屬箔式應(yīng)變片半橋功能實(shí)驗 篇一：自動化傳感器實(shí)驗報告三_金屬箔式應(yīng)變片全橋功能實(shí)驗 一、實(shí)驗?zāi)康?理解全橋測量電路的原理及優(yōu)點(diǎn)。 二、根本原理 全橋測量電路中，將受力性質(zhì)一樣的兩個應(yīng)變片接入電橋?qū)?，?dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1R2R3R4，其變化值R1R2R3R4時，其橋路輸出電壓U03KE?。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到明顯改善。 三、需用器件和單元 傳感器實(shí)驗箱（一）中應(yīng)變式傳感器實(shí)驗單元，傳感器調(diào)理電路掛件、砝碼、智能直流電壓表（或虛擬直流電壓表）、15V電源、5V電源。 四、實(shí)驗內(nèi)容與步驟 1按照圖3-1接線，實(shí)驗方法與實(shí)驗二一樣。將實(shí)

2、驗結(jié)果填入表3-1；進(jìn)展靈敏度和非線性誤差計算。全橋時傳感器的特性曲線 圖3-1 應(yīng)變式傳感器全橋?qū)嶒灲泳€圖五、實(shí)驗本卷須知 1不要在砝碼盤上放置超過1kg的物體，否那么容易損壞傳感器。 2電橋的電壓為5V，絕不可錯接成15V。 六、考慮題 1全橋測量中，當(dāng)兩組對邊（R1、R3為對邊）值R一樣時，即R1R3，R2R4，而R1R2時，是否能夠組成全橋：（1）能夠（2）不能夠。 圖3-2 應(yīng)變式傳感器受拉時傳感器周面展開圖 答：不能夠。 2某工程技術(shù)人員在進(jìn)展材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，如何利用這四片電阻應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。 答：將這兩組應(yīng)變片分別按照兩個不同的方向貼在棒材

3、上面就能夠了，然侯利用不同的兩組測量值就能夠組成一個全橋電路，進(jìn)而獲得測量結(jié)果，無需再引入外界電阻。3、（1）計算系統(tǒng)靈敏度： V=（25-13）+（37-25）+? W=20g S=V/W=0.616mV/g （2）計算非線性誤差： m =（13+25+37+50+62+75+87+100+112+124）/10=68.5mV yFS=120mV f =m / yFS100%=5.71% 八、誤差分析 1、鼓舞電壓幅值與頻率的阻礙。 2、溫度變化的阻礙。 3、零點(diǎn)剩余電壓的阻礙。 零點(diǎn)剩余電壓產(chǎn)生緣故：基波分量。高次諧波。 消除零點(diǎn)剩余電壓方法： 1從和工藝上保證構(gòu)造對稱性。補(bǔ)償線路。 選用

4、適宜的測量線路。3采納 2篇二：傳感器實(shí)驗 傳感器實(shí)驗報告實(shí)驗一 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋功能實(shí)驗 一、實(shí)驗?zāi)康?理解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，并掌握單臂電橋工作原理和功能。 二、根本原理: 電阻應(yīng)變式傳感器是在彈性元件上通過特定工藝粘貼電阻應(yīng)變片來組成。一種利用電阻材料的應(yīng)變效應(yīng)將工程構(gòu)造件的內(nèi)部變形轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。此類傳感器主要是通過一定的機(jī)械裝置將被測量轉(zhuǎn)化成彈性元件的變形，然后由電阻應(yīng)變片將彈性元件的變形轉(zhuǎn)換成電阻的變化，再通過測量電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化信號輸出。它可用于能轉(zhuǎn)化成變形的各種非電物理量的檢測，如力、壓力、加速度、力矩、重量等，在機(jī)械加工、計量、建筑測量

5、等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。 1、應(yīng)變片的電阻應(yīng)變效應(yīng) 所謂電阻應(yīng)變效應(yīng)是指具有規(guī)那么外形的金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)變而其電阻值也會產(chǎn)生相應(yīng)地改變，這一物理現(xiàn)象稱為“電阻應(yīng)變效應(yīng)”。以圓柱形導(dǎo)體為例：設(shè)其長為：L、半徑為r、材料的電阻率為時，按照電阻的定義式得 （11） 當(dāng)導(dǎo)體因某種緣故產(chǎn)生應(yīng)變時，其長度L、截面積A和電阻率的變化為dL、dA、d相應(yīng)的電阻變化為dR。對式（11）全微分得電阻變化率 dR/R為： （12） 式中：dL/L為導(dǎo)體的軸向應(yīng)變量L; dr/r為導(dǎo)體的橫向應(yīng)變量r由材料力學(xué)得： L= - r(13) 式中：為材料的泊松比，大多數(shù)金屬材料的泊松比為0.30.5左右；

6、負(fù)號表示兩者的變化方向相反。將式（13）代入式（12）得： （14） 式（14）說明電阻應(yīng)變效應(yīng)主要取決于它的幾何應(yīng)變（幾何效應(yīng)）和本身特有的導(dǎo)電功能（壓阻效應(yīng)）。 2、應(yīng)變靈敏度 它是指電阻應(yīng)變片在單位應(yīng)變作用下所產(chǎn)生的電阻的相對變化量。 (1)、金屬導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏度K：主要取決于其幾何效應(yīng)；可取 （15） 其靈敏度系數(shù)為： K = 金屬導(dǎo)體在遭到應(yīng)變作用時將產(chǎn)生電阻的變化，拉伸時電阻增大，壓縮時電阻減小，且與其軸向應(yīng)變成正比。金屬導(dǎo)體的電阻應(yīng)變靈敏度一般在2左右。 (2)、半導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏度：主要取決于其壓阻效應(yīng)；dR/Rlt;d?。半導(dǎo)體材料之因而具有較大的電阻變化率，是由于它有遠(yuǎn)比金屬

7、導(dǎo)體明顯得多的壓阻效應(yīng)。在半導(dǎo)體受力變形時會臨時改變晶體構(gòu)造的對稱性，因而改變了半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理，使得它的電阻率發(fā)生變化，這種物理現(xiàn)象稱之為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng) 。不同材質(zhì)的半導(dǎo)體材料在不同受力條件下產(chǎn)生的壓阻效應(yīng)不同，能夠是正（使電阻增大）的或負(fù)（使電阻減?。┑膲鹤栊?yīng)。也確實(shí)是說，同樣是拉伸變形，不同材質(zhì)的半導(dǎo)體將得到完全相反的電阻變化效果。 半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)主要表達(dá)為壓阻效應(yīng)，其靈敏度系數(shù)較大，一般在100到200左右。 3、貼片式應(yīng)變片應(yīng)用 在貼片式工藝的傳感器上普遍應(yīng)用金屬箔式應(yīng)變片，貼片式半導(dǎo)體應(yīng)變片（溫漂、穩(wěn)定性、線性度不好而且易損壞）特別少應(yīng)用。一般半導(dǎo)體應(yīng)變采納N型單晶硅

8、為傳感器的彈性元件，在它上面直截了當(dāng)蒸鍍擴(kuò)散出半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜（擴(kuò)散出敏感柵），制成擴(kuò)散型壓阻式（壓阻效應(yīng)）傳感器。 本實(shí)驗以金屬箔式應(yīng)變片為研究對象。 4、箔式應(yīng)變片的根本構(gòu)造 的金屬絲或金屬箔制成，如圖11所示。 (a) 絲式應(yīng)變片(b) 箔式應(yīng)變片 圖1-1應(yīng)變片構(gòu)造圖 金屬箔式應(yīng)變片確實(shí)是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，與絲式應(yīng)變片工作原理一樣。電阻絲在外力作用下發(fā)活力械變形時，其電阻值發(fā)生變化，這確實(shí)是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描繪電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為： RRK 式中：RR為電阻絲電阻相對變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù),=L/L為電阻絲長度相對變化。 5、箔式應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒炘韴D 圖1-

9、2 應(yīng)變片單臂電橋功能實(shí)驗原理圖 對單臂電橋輸出電壓U01=EK/4。 三、需用器件與單元：應(yīng)變式傳感器實(shí)驗?zāi)０?、?yīng)變式傳感器、砝碼、數(shù)顯表、15V電源、4V電源、萬用表(自備)。 四、實(shí)驗步驟： 1、按照圖(1-3)應(yīng)變式傳感器已裝于應(yīng)變傳感器模板上。傳感器中各應(yīng)變片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加熱絲也接于模板上，可用萬用表進(jìn)展測量判別，R1=R2=R3=R4=350，加熱絲阻值為50左右。 圖1-3 應(yīng)變式傳感安裝示意圖 2、接入模板電源15V(從主控箱引入)，檢查無誤后，合上主控箱電源開關(guān)，將實(shí)驗?zāi)０逭{(diào)理增益電位器Rw3順時針調(diào)理大致到中間位置，再進(jìn)展差動放大器調(diào)零，方法

10、為將差放的正、負(fù)輸入端與地短接，輸出端與主控箱面板上數(shù)顯表電壓輸入端Vi相連，調(diào)理實(shí)驗?zāi)０迳险{(diào)零電位器RW4，使數(shù)顯表顯示為零(數(shù)顯表的切換開關(guān)打到2V檔)。關(guān)閉主控箱電源。篇三：自動化傳感器實(shí)驗報告一金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋功能實(shí)驗 廣東技術(shù)師范學(xué)院實(shí)驗報告 學(xué)院： 自動化 專業(yè)： 自動化 姓名：實(shí)驗地點(diǎn)： 學(xué)號： 實(shí)驗日期：班級： 08自動化 組 別： 成 績： 組員：指導(dǎo)老師簽名： 實(shí)驗一 工程名稱： 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋功能實(shí)驗 一、 實(shí)驗?zāi)康?理解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和功能。 二、 根本原理 金屬絲在外力作用下發(fā)活力械形變時，其電阻值會發(fā)生變化，這確實(shí)是金屬的電

11、阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬的電阻表達(dá)式為： R? l （1） S 當(dāng)金屬電阻絲遭到軸向拉力F作用時，將伸長?l，橫截面積相應(yīng)減小?S，電阻率因晶格變化等要素的阻礙而改變?，故引起電阻值變化?R。對式（1）全微分，并用相對變化量來表示，那么有： ?R?l?S?（2） ?RlS? 式中的?l為電阻絲的軸向應(yīng)變，用?表示，常用單位?（1?=110?6）。 假設(shè)徑向應(yīng)變?yōu)?r ，電阻絲的縱向伸長和橫向收縮的關(guān)系用泊松比?表示為 ?，由于?S=2（?），那么（2）式能夠?qū)懗桑?（?）?R?l?l?l（3） ?1?2?）?（1?2?k0Rl?lll 式（3）為“應(yīng)變效應(yīng)”的表達(dá)式。k0稱金屬電阻的靈敏系數(shù)，從式（3

12、）可見，k0受兩個要素阻礙，一個是（1+2?），它是材料的幾何尺寸變化引起的，另一個是?，是 ?） 材料的電阻率?隨應(yīng)變引起的（稱“壓阻效應(yīng)”）。關(guān)于金屬材料而言，往常者為主，那么 k0?1?2?，對半導(dǎo)體，k0值主要是由電阻率相對變化所決定。實(shí)驗也說明，在金屬絲拉 伸比例極限內(nèi)，電阻相對變化與軸向應(yīng)變成比例。通常金屬絲的靈敏系數(shù)k0=2左右。 用應(yīng)變片測量受力時，將應(yīng)變片粘貼于被測對象外表上。在外力作用下，被測對象外表產(chǎn)生微小機(jī)械變形時，應(yīng)變片敏感柵也伴隨變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化。通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓或電流的變化，按照（3）式，能夠得到被測對象的應(yīng)變值?，而按照應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系： ?E

13、? （4） 式中測試的應(yīng)力； E材料彈性模量。 能夠測得應(yīng)力值。通過彈性敏感元件，將位移、力、力矩、加速度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換為應(yīng)變，因而能夠用應(yīng)變片測量上述各量，從而做成各種應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變片可分為金屬絲式應(yīng)變片，金屬箔式應(yīng)變片，金屬薄膜應(yīng)變片。 三、 需用器件與單元 傳感器實(shí)驗箱（一）中應(yīng)變式傳感器實(shí)驗單元、砝碼、智能直流電壓表（或虛擬儀表中直流電壓表）、15V電源、5V電源，傳感器調(diào)理電路掛件。 四、實(shí)驗內(nèi)容與步驟 1應(yīng)變片的安裝位置如圖1-1所示，應(yīng)變式傳感器已裝在傳感器實(shí)驗箱（一）上，傳感器中各應(yīng)變片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4，可用萬用表測量R1=R2=R3=R4

14、=350。 R4 R3R1 R2 圖1-1 應(yīng)變式傳感器安裝示意圖 2把?15V直流穩(wěn)壓電源接入“傳感器調(diào)理電路”實(shí)驗掛箱，檢查無誤后，開啟實(shí)驗臺面板上的直流穩(wěn)壓電源開關(guān)，調(diào)理Rw3使之大致位于中間位置（Rw3為10圈電位器），再進(jìn)展差動放大器調(diào)零，方法為：將差動放大器的正、負(fù)輸入端與地短接，輸出端Uo2接直流電壓表，調(diào)理實(shí)驗?zāi)０迳险{(diào)零電位器Rw4，使直流電壓表顯示為零，關(guān)閉直流穩(wěn)壓電源開關(guān)。（留意：當(dāng)Rw3的位置一旦確定，就不能改變。） 圖1-2 應(yīng)變式傳感器單臂電橋?qū)嶒灲泳€圖3按圖1-2將應(yīng)變式傳感器的其中一個應(yīng)變片R1（即模板左上方的R1）接入電橋作為一個橋臂與R5、R6、R7接成直流電

15、橋，（R5、R6、R7模塊內(nèi)已接好），接好電橋調(diào)零電位器Rw1，接上橋路電源5V，如圖1-2所示。檢查接線無誤后，合上直流穩(wěn)壓電源開關(guān)，調(diào)理Rw1，使直流電壓表顯示為零。 4在砝碼盤上放置一只砝碼，待直流電壓表數(shù)值顯示穩(wěn)定后，讀取數(shù)顯值，以后每次增加一個砝碼并讀取相應(yīng)的測量值，直到200g砝碼加完，記下實(shí)驗結(jié)果填入表1-1，關(guān)閉電源。 5. 按照表1-1計算系統(tǒng)靈敏度S?U/?W（?U輸出電壓的變化量，?W重量變化量）和非線性誤差f1=m/yFS 100 式中?m（屢次測量時為平均值）為輸出值與擬合直線的最大偏向：yFS 滿量程輸出平均值,此處為200g。 解：S=200/47=4.225 f

16、1=m/yFS 100=2/200100=1 五、考慮題 1單臂電橋時，作為橋臂電阻應(yīng)變片應(yīng)選用：（1）正（受拉）應(yīng)變片（2）負(fù)（受壓）應(yīng)變片（3）正、負(fù)應(yīng)變片均能夠。 答：應(yīng)選用正應(yīng)變片。 六、實(shí)驗報告要求 1記錄實(shí)驗數(shù)據(jù)，并繪制出單臂電橋時傳感器的特性曲線。 2從理論上分析產(chǎn)生非線性誤差的緣故。 答：產(chǎn)生非線性誤差的緣故：電阻變化率R/R不可能完全成線性增加。廣東技術(shù)師范學(xué)院預(yù)習(xí)報告 學(xué)院： 自動化 專業(yè)： 自動化 姓名：實(shí)驗地點(diǎn)： 學(xué)號： 實(shí)驗日期：班級： 08自動化 組 別： 成 績： 組員：指導(dǎo)老師簽名： 實(shí)驗一 工程名稱： 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋功能實(shí)驗 四、 實(shí)驗?zāi)康?理解金屬箔

17、式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和功能。 五、 根本原理 金屬絲在外力作用下發(fā)活力械形變時，其電阻值會發(fā)生變化，這確實(shí)是金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬的電阻表達(dá)式為： R? l （1） S 當(dāng)金屬電阻絲遭到軸向拉力F作用時，將伸長?l，橫截面積相應(yīng)減小?S，電阻率因晶格變化等要素的阻礙而改變?，故引起電阻值變化?R。對式（1）全微分，并用相對變化量來表示，那么有： ?R?l?S?（2） ?RlS? 式中的?l為電阻絲的軸向應(yīng)變，用?表示，常用單位?（1?=110?6）。 假設(shè)徑向應(yīng)變?yōu)?r ，電阻絲的縱向伸長和橫向收縮的關(guān)系用泊松比?表示為 ?，由于?S=2（?），那么（2）式能夠?qū)懗桑?（?）

18、?R?l?l?l（3） ?1?2?）?（1?2?k0Rl?lll 式（3）為“應(yīng)變效應(yīng)”的表達(dá)式。k0稱金屬電阻的靈敏系數(shù)，從式（3）可見，k0受兩個要素阻礙，一個是（1+2?），它是材料的幾何尺寸變化引起的，另一個是?，是 ?） 材料的電阻率?隨應(yīng)變引起的（稱“壓阻效應(yīng)”）。關(guān)于金屬材料而言，往常者為主，那么 k0?1?2?，對半導(dǎo)體，k0值主要是由電阻率相對變化所決定。實(shí)驗也說明，在金屬絲拉 伸比例極限內(nèi)，電阻相對變化與軸向應(yīng)變成比例。通常金屬絲的靈敏系數(shù)k0=2左右。 用應(yīng)變片測量受力時，將應(yīng)變片粘貼于被測對象外表上。在外力作用下，被測對象外表產(chǎn)生微小機(jī)械變形時，應(yīng)變片敏感柵也伴隨變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)