應變片實驗報告

1、本文格式為word版，下載可任意編輯應變片實驗報告 傳感器試驗- 金屬箔式應變片: 單臂、半橋、全橋比較 【試驗目得】 了解金屬箔式應變片，單臂單橋得工作原理與工作狀況。 驗證單臂、半橋、全橋得性能及相互之間關系。 【所需單元及部件】 直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動放大器、雙孔懸臂梁稱重傳感器、砝碼、一片應變片、電壓/頻率表、電源， 重物加在短小得圓盤上。 【旋鈕初始位置】 直流穩(wěn)壓電源打到2擋,電壓/頻率表打到 2v 擋,差動放大增益最大. 【應變片得工作原理】 當金屬絲在外力作用下發(fā)生氣械變形時,其電阻值將發(fā)生變化,這種現(xiàn)象稱為金屬得電阻應變效應。 設有一根長度為、截面積為 s、電阻率為 得金屬

2、絲，在未受力時,原始電阻為 (1） 當金屬電阻絲受到軸向拉力 f 作用時,將伸長 l，橫截面積相應減小 s,電阻率因晶格變化等因素得影響而轉變 ，故引起電阻值變化 。對式(1-1)全微分,并用相對變化量來表示，則有: (1-2) 【測量電路】 應變片測量應變就是通過敏感柵得電阻相對變化而得到得。通常金屬電阻應變片靈敏度系數(shù) k很小,機械應變一般在 10 6 0001 之間，可見,電阻相對變化就是很小得。例如,某傳感器彈性元件在額定載荷下產(chǎn)生應變 -6 ，應變片得電阻值為,靈敏度系數(shù)=2,則電阻得相對變化量為 1 6 =0、，電阻變化率只有 0、。這樣小得電阻變化，用一般測量電阻得儀表很難直接測

3、出來,必需用特地得電路來測量這種微弱得電阻變化。最常用得電路為電橋電路。 （a)單臂 (b)半橋 (）全橋 圖 11 應變電橋 直流電橋得電壓輸出 當電橋輸出端接有放大器時,由于放大器得輸入阻抗很高,所以,可以認為電橋得負載電阻為無窮大，這時電橋以電壓得形式輸出。輸出電壓即為電橋輸出端得開路電壓,其表達式為 (1-3) 設電橋為單臂工作狀態(tài)，即為應變片,其余橋臂均為固定電阻。當感受應變產(chǎn)生電阻增量 時,由初始平衡條件得,代入式(13)，則電橋由于 產(chǎn)生不平衡引起得輸出電壓為 （1） 對于輸出對稱電橋，此時,，當臂得電阻產(chǎn)生變化 ，依據(jù)式（1-4)可得到輸出電壓為 (15) 對于電源電橋，,當

4、r1 臂產(chǎn)生電阻增量時，由式(-）得 (-) 對于等臂電橋，當?shù)秒娮柙隽?時,由式(110)可得輸出電壓為 (7) 由上面三種結果可以瞧出，當橋臂應變片得電阻發(fā)生變化時,電橋得輸出電壓也隨著變化。當 時，電橋得輸出電壓與應變成線性關系。還可以瞧出,在橋臂電阻產(chǎn)生相同變化得狀況下，等臂電橋以及輸出對稱電橋得輸出電壓要比電源對稱電橋得輸出電壓大,即它們得靈敏度要高。因此在使用中多采納等臂電橋或輸出對稱電橋。 在實際使用中,為了進一步提高靈敏度,常采納等臂電橋,四個應變片接成兩個差動對稱得全橋工作形式,如圖1 所示。 由圖-1 可見=r+，=r-，=rr,=rr,將上述條件代入式(1)得 (18)

5、由式(18)瞧出,由于充分利用了雙差動作用,它得輸出電壓為單臂工作得倍，所以大大提高了測量得靈敏度。 試驗步驟: 1.了解所需單元、部件在試驗儀上得所在位置,觀看梁上得應變片，應變片為棕色襯底箔式結構小方薄片。上下二片梁得外表面各貼二片受力應變片。 2將差動放大器調(diào)零：用連線將差動放大器得正(+）、負（)、地短接。將差動放大器得輸出端與電壓/頻率表得輸入插口n 相連,電壓/頻率表放在 2v 檔;開啟電源;調(diào)整差動放大器得"差動增益'到最大位置,然后調(diào)整差動放大器得"差動調(diào)零旋鈕使電壓/頻率表顯示為零,關閉電源. 依據(jù)圖 1 接線 r1、2、r3 為電橋單元得固定電阻

6、。r x 為應變片;將穩(wěn)壓電源得切換開關置4v擋，f/v 表置 2v 擋。開啟電源,調(diào)整電橋平衡網(wǎng)絡中得 w d ,使 f/v 表顯示為零,等待數(shù)分鐘后將電壓/頻率表置 2擋,再調(diào)電橋 w d (漸漸地調(diào))，使電壓頻率表顯示為零。 圖 圖 1 單臂電橋應變片試驗接線圖 3在傳感器托盤上放上一只砝碼,登記此時得電壓數(shù)值,然后每增加一只砝碼登記一個數(shù)值并將這些數(shù)值填入下表.依據(jù)所得結果計算系統(tǒng)靈敏度 s=v/w，并作出 v-關系曲線,為電壓變化率，w 為相應得重量變化率。 每個砝碼質(zhì)量: 砝碼個數(shù) 1 2 4 5 7 電壓(mv） .雙臂電橋【圖 2】:保持放大器增益不變,將 r3 固定電阻換為與

7、 r x 工作狀態(tài)相反得另一應變片即取二片受力方向不同應變片,形成半橋，調(diào)整電橋 w1 使 f表顯示表顯示為零,重復（）過程同樣測得讀數(shù)，填入下表: 砝碼個數(shù) 1 2 3 4 5 6 電壓（mv） 圖 圖 2 雙臂電橋 應變片試驗接線圖 圖 圖 3 全電橋 應變片試驗接線圖 5。全橋試驗【圖 3】：保持差動放大器增益不變,將1，兩個固定電阻換成另兩片受力應變片組橋時只要把握對臂應變片得受力方向相同,鄰臂應變片得受力方向相反即可，否則相互抵消沒有 輸出,接成一個直流全橋。重復(3）過程將讀出數(shù)據(jù)填入下表: 留意:在沒加重物時會有非零值，記錄下來，減掉即可。 砝碼個數(shù) 1 2 4 5 6 電壓(mv） 【數(shù)據(jù)處理】 1、在同一坐標紙上繪出曲線， 2.計算單橋、雙橋與全橋得曲線斜率，即其測量靈敏度 3.比較分析三種接法得靈敏度得比值,與理論比值比較. 【留意事項】 1在更換應變片時應將電源關閉。 2。在試驗過程中如有發(fā)覺電壓表發(fā)生過載,應將電壓量程擴大。 3。在本試驗中只能將放大器接成差動形式,否則