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文檔簡介

1、實驗一金屬箔式應變片單臂電橋性能實驗一、實驗目的了解金屬箔式應變片的應變效應,單臂電橋工作原理和性能。二、實驗儀器雙桿式懸臂梁應變傳感器、托盤、砝碼、數(shù)顯電壓表、±5V電源、差動放大器、電壓放大器、萬用表(自備)三、實驗原理電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時,其電阻值發(fā)生變化,這就是電阻應變效應,描述電阻應變效應的關系式為 (1-1)式中 為電阻絲電阻相對變化;為應變靈敏系數(shù);為電阻絲長度相對變化。金屬箔式應變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應變敏感組件。如圖1-1所示,將四個金屬箔應變片(R1、R2、R3、R4)分別貼在雙桿式懸臂梁彈性體的上下兩側(cè),彈性體受到壓力發(fā)生形變,應變片隨懸

2、臂梁形變被拉伸或被壓縮。圖1-1 雙桿式懸臂梁稱重傳感器結(jié)構(gòu)圖通過這些應變片轉(zhuǎn)換懸臂梁被測部位受力狀態(tài)變化,可將應變片串聯(lián)或并聯(lián)組成電橋。電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化,如圖1-2所示R6=R7=R8=R為固定電阻,與應變片一起構(gòu)成一個單臂電橋,其輸出電壓 (1-2)為電橋電源電壓;式1-2表明單臂電橋輸出為非線性,非線性誤差為L=。圖1-2 單臂電橋面板接線圖四、實驗內(nèi)容與步驟1懸臂梁上的各應變片已分別接到調(diào)理電路面板左上方的R1、R2、R3、R4上,可用萬用表測量判別,R1=R2=R3=R4=350。2按圖1-2只接好“差動放大器”和“電壓放大器”部分,將“差動放大器”的輸入端短接并與

3、地相連,“電壓放大器”輸出端接數(shù)顯電壓表(選擇200mV檔),開啟直流電源開關。將“差動放大器”增益電位器與“電壓放大器”增益電位器調(diào)至最大位置(順時針最右邊),調(diào)節(jié)調(diào)零電位器使電壓表顯示為0V。關閉直流開關電源。(兩個增益調(diào)節(jié)的位置確定后不能改動)3按圖1-2接好所有連線,將應變式傳感器的其中一個應變電阻(如R1)接入電橋與R6、R7、R8構(gòu)成一個單臂直流電橋。電橋輸出接到“差動放大器”的輸入端,電壓放大器的輸出接數(shù)顯電壓表。預熱五分鐘。4加托盤后調(diào)節(jié)Rw2使電壓表顯示為零(采用200mV檔)。5在應變傳感器托盤上放置一只砝碼,讀取數(shù)顯表數(shù)值,依次增加砝碼和讀取相應的數(shù)顯表值,直到200g砝

4、碼加完,記錄實驗數(shù)據(jù)填入表1-1。表1-1重量(g)電壓(mV)6實驗結(jié)束后,關閉實驗臺電源,整理好實驗設備。五、實驗報告1根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)計算系統(tǒng)靈敏度SU/W(U輸出電壓變化量,W重量變化量);2計算單臂電橋的非線性誤差f1=m/yF.S ×100。式中m為輸出值(多次測量時為平均值)與擬合直線的最大偏差;yF·S為滿量程(200g)輸出平均值。六、注意事項實驗所采用的彈性體為雙桿式懸臂梁稱重傳感器,量程較小。因此,加在傳感器上的壓力不應過大(稱重傳感器量程為0.5kg),以免造成應變傳感器的損壞!實驗二金屬箔式應變片半橋性能實驗一、實驗目的比較半橋與單臂電橋的不同性能

5、、了解其特點。二、實驗儀器同實驗一三、實驗原理不同受力方向的兩只應變片接入電橋作為鄰邊,如圖2-1。電橋輸出靈敏度提高,非線性得到改善,當兩只應變片的阻值相同、應變數(shù)也相同時,半橋的輸出電壓為 (2-1)式中 為電阻絲電阻相對變化;為應變靈敏系數(shù);為電阻絲長度相對變化;為電橋電源電壓。式2-1表明,半橋輸出與應變片阻值變化率呈線性關系。圖2-1 半橋面板接線圖四、實驗內(nèi)容與步驟1應變傳感器已安裝在懸臂梁上,可參考圖1-1。2按圖2-1接好“差動放大器”和“電壓放大器電路”。“差動放大器”調(diào)零,參考實驗一步驟2。3按圖2-1接線,將受力相反(一片受拉,一片受壓)的兩只應變片接入電橋的鄰邊。4加托

6、盤后電橋調(diào)零,參考實驗一步驟4。5在應變傳感器托盤上放置一只砝碼,讀取數(shù)顯表數(shù)值,依次增加砝碼和讀取相應的數(shù)顯表值,直到200g砝碼加完,記下實驗結(jié)果,填入表2-1。表2-1重量(g)電壓(mV)6實驗結(jié)束后,關閉實驗臺電源,整理好實驗設備。五、實驗報告根據(jù)所得實驗數(shù)據(jù),計算靈敏度S=U/W和半橋的非線性誤差f2。六、思考題引起半橋測量時非線性誤差的原因是什么?七、注意事項實驗所采用的彈性體為雙桿式懸臂梁稱重傳感器,量程較小。因此,加在傳感器上的壓力不應過大(稱重傳感器量程為0.5kg),以免造成應變傳感器的損壞!實驗三金屬箔式應變片全橋性能實驗一、實驗目的了解全橋測量電路的優(yōu)點。二、實驗儀器

7、同實驗一三、實驗原理全橋測量電路中,將受力性質(zhì)相同的兩只應變片接到電橋的對邊,不同的接入鄰邊,如圖3-1,當應變片初始值相等,變化量也相等時,其橋路輸出Uo= (3-1)式中為電橋電源電壓。為電阻絲電阻相對變化;式3-1表明,全橋輸出靈敏度比半橋又提高了一倍,非線性誤差得到進一步改善。圖3-1 全橋面板接線圖四、實驗內(nèi)容與步驟1 應變傳感器已安裝在懸臂梁上,R1、R2、R3、R4均為應變片,可參考圖1-1。2 差動放大器調(diào)零,參考實驗一步驟2。3 按圖3-1接線,將受力相反(一片受拉,一片受壓)的兩對應變片分別接入電橋的鄰邊。4 加托盤后電橋調(diào)零,參考實驗一步驟4。 5 在應變傳感器托盤上放置

8、一只砝碼,讀取數(shù)顯表數(shù)值,依次增加砝碼和讀取相應的數(shù)顯表值,直到200g砝碼加完,記下實驗結(jié)果,填入下表。重量(g)電壓(mV)6 實驗結(jié)束后,關閉實驗臺電源,整理好實驗設備。五、實驗報告根據(jù)實驗數(shù)據(jù),計算靈敏度S=U/W和全橋的非線性誤差f3。六、思考題全橋測量中,當兩組對邊(R1、R3為對邊)電阻值R相同時,即R1R3,R2R4,而R1R2時,是否可以組成全橋?七、注意事項實驗所采用的彈性體為雙桿式懸臂梁稱重傳感器,量程較小。因此,加在傳感器上的壓力不應過大(稱重傳感器量程為0.5kg),以免造成應變傳感器的損壞!實驗四直流全橋的應用電子稱實驗一、實驗目的了解直流全橋的應用及電路的定標。二

9、、實驗儀器同實驗一三、實驗原理電子稱實驗原理同實驗三的全橋測量原理,通過調(diào)節(jié)放大電路對電橋輸出電壓的放大倍數(shù),使電路輸出電壓值為重量的對應值,電壓量綱(V)改為重量量綱(g)即成一臺比較原始的電子稱。四、實驗內(nèi)容與步驟1 按實驗三的步驟1、2、3接好線并將“電壓放大器”調(diào)零。2 將10只砝碼置于傳感器的托盤上,調(diào)節(jié)“差動放大器”與“電壓放大器”的增益調(diào)節(jié)電位器,使數(shù)顯電壓表顯示為0.200V(2V檔測量)。3 拿掉托盤上所有砝碼,觀察數(shù)顯電壓表是否顯示為0.000V,若不為零,再次將“電壓放大器”調(diào)零和加托盤后電橋調(diào)零。4 重復2、3步驟,直到精確為止,把電壓量綱V改為重量量綱g即可以稱重。5

10、 將砝碼依次放到托盤上并讀取相應的數(shù)顯表值,直到200g砝碼加完,計下實驗結(jié)果,填入下表。6 拿掉砝碼,托盤上加一個未知的重物(不要超過0.5kg),記錄電壓表的讀數(shù)。根據(jù)實驗數(shù)據(jù),求出重物的重量。重量(g)電壓(V)7 實驗結(jié)束后,關閉實驗臺電源,整理好實驗設備。五、實驗報告根據(jù)實驗記錄的數(shù)據(jù),計算電子稱的靈敏度S=U/W,非線性誤差f4。六、注意事項實驗所采用的彈性體為雙桿式懸臂梁稱重傳感器,量程較小。因此,加在傳感器上的壓力不應過大(稱重傳感器量程為0.5kg),以免造成應變傳感器的損壞!實驗十五電容式傳感器的位移特性實驗一、實驗目的了解電容傳感器的結(jié)構(gòu)及特點。二、實驗儀器電容傳感器、電

11、容變換器、測微頭、數(shù)顯直流電壓表、直流穩(wěn)壓電源、絕緣護套三、實驗原理電容式傳感器是指能將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器它實質(zhì)上是具有一個可變參數(shù)的電容器。利用平板電容器原理: (15-1)式中,S為極板面積,d為極板間距離,0為真空介電常數(shù),r為介質(zhì)相對介電常數(shù),由此可以看出當被測物理量使S、d或r發(fā)生變化時,電容量C隨之發(fā)生改變,如果保持其中兩個參數(shù)不變而僅改變另一參數(shù),就可以將該參數(shù)的變化單值地轉(zhuǎn)換為電容量的變化。所以電容傳感器可以分為三種類型:改變極間距離的變間隙式,改變極板面積的變面積式和改變介電常數(shù)的變介電常數(shù)式。這里采用變面積式,如圖15-1,兩只平板電容器共享一個下極板,當下極板隨被測物體移動時,兩只電容器上下極板的有效面積一只增大,一只減小,將三個極板用導線引出,形成差動電容輸出。通過處理電路將電容的變化轉(zhuǎn)換成電壓變化,進行測量。圖15-1電容傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖四、實驗內(nèi)容與步驟1 按圖15-2安裝好電容傳感器,并將電容傳感器引出線與“電容插座”相連接。圖15-2 電容傳感器安裝示意圖圖15-3 電容傳感器接線圖2 將底面板上“電容傳感器”與“電容變換器”相連,“電容變換器”的輸出接到數(shù)顯直流電壓表。(注:此處應選用三根相同長度的實驗導線)3 打開直流電源開

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