電阻應變式傳感器靈敏度研究

電阻應變式傳感器敏捷度的研究88姓名：梁敏強學號：PB07203250實驗題目：電阻應變式傳感器敏捷度的研究實驗目的：認識電阻應變式傳感器的基根源理，構造，基本特征和使用方法。研究比較電阻應變式傳感器配合不一樣變換和丈量電路的敏捷度特征。掌握電阻應變式傳感器的使用方法和使用要求。實驗器械：辦理電路部分，顯示部分，振蕩器及調(diào)理旋鈕，應變梁，應變片，傳感器平臺，載物臺實驗原理：（以下有關公式只寫出了卻論，詳細推導詳見預習報告）傳感器是實驗丈量獲守信息的重要環(huán)節(jié)，往常傳感器是指一個完好的丈量系統(tǒng)或裝置，它能感覺規(guī)定的被丈量并按必定規(guī)律變換成輸出信號，傳感器給出的信號是電信號，而它感覺的信號不用是電信號，所以這類變換在非電量的電測法中應用極為寬泛。當前傳感器技術發(fā)展極為快速，已經(jīng)漸漸形成為一門新的學科，其應用領域十分廣泛，如現(xiàn)代飛翔技術、計算機技術、工業(yè)自動化技術以及基礎研究等，傳感技術已成為現(xiàn)代信息技術的三大基礎之一。1、物理基礎傳感器構成敏感元件：是指傳感器中能直接感覺或響應被丈量的部分變換元件：是指傳感器中能將敏感元件感覺或響應到的量變換成電信號。-1-電阻式傳感器的種類好多，應用范圍也很廣，可丈量溫度、應變、重量等2、（金屬資料電阻應變式）敏感元件的構造上圖中的1是敏感柵，它用厚度為0.003～0.101mm的金屬箔柵狀或用金屬線制作。3、（電阻應變式傳感器）原理敏感元件（彈性元件）+變換丈量電路-2-以下列圖：4、變換電路金屬箔電阻應變片貼牢在懸臂梁上下表面，懸臂梁遠端加砝碼使它曲折，上表面遇到拉伸，下表面遇到壓縮。所以上表面電阻阻值變大，下表面電阻阻值變小。分別將一個、兩個或四個電阻應變片與固定電阻構成電橋（所謂單臂、半橋或全橋），以電壓表為均衡檢測器。未加砝碼時，調(diào)理電橋均衡，輸出電壓為零。跟著負載增添，電橋不均衡性加大，電壓表讀數(shù)越大。做M-U圖，是線性關系。對應三種狀況，分別求出電橋敏捷度（單位質(zhì)量變化惹起電壓的變化U/ΔM）。-3-使用的電橋電路有單臂電橋：R1為應變片半橋電路：R1R2為應變片全橋電路：R1R2R3R4為應變片當電橋均衡時單臂電橋當R1變化時，-4-此法有非線性偏差當R1=R2，R3=R4時kU/4半橋電路當R1R2變化時，成線性關系。當R1=R2=R3=R4時kU/2全橋電路當R1R2R3R4變化時-5-敏捷度最高當R1=R2=R3=R4時kU關于溝通若Z1=Z2，Z3=Z4則有kU/4溝通均衡既要相對兩臂復阻抗模之積同樣，并且其幅角之和也一定相等實驗內(nèi)容：1．丈量電阻式應變傳感器單臂電橋敏捷度。2．比較單臂、半橋和全橋的敏捷度。實驗步驟1、實驗前先用儀器檢測導線能否導通且接觸優(yōu)秀2、運放調(diào)零：翻開電源，+，—15V電源（運放的工作電壓）也翻開。將運放+，—端接地⊥，輸出端接數(shù)字電壓表的輸入端，“增益”電位器調(diào)大，調(diào)理“調(diào)零”電位器使電壓表指示為零（2V檔）。拆掉連線。在此后的實驗中保持兩電位器不變。3、封閉電源，如圖連好電路。翻開電源，調(diào)理電位器WD使電壓表指示為在0V鄰近（2V檔）。-6-4、向載物臺上增添砝碼進行丈量實驗數(shù)據(jù)（每個砝碼m0=20g）單臂電橋：砝碼數(shù)/個012345678910電壓U/V0.005-0.010-0.026-0.042-0.057-0.073-0.088-0.103-0.119-0.134-0.150半橋電路砝碼數(shù)/個012345678910電壓U/V-0.000-0.030-0.060-0.91-0.121-0.151-0.182-0.210-0.242-0.273-0.304全橋電路砝碼數(shù)/個012345678910電壓U/V-0.004-0.063-0.122-0.179-0.237-0.295-0.354-0.414-0.473-0.532-0.591數(shù)據(jù)辦理1）計算各電路的敏捷度單臂電橋（只有R3是工作應變片）-7-砝碼數(shù)/個012345678910質(zhì)量m/g020406080100120140160180200電壓U/V0.005-0.010-0.026-0.042-0.057-0.073-0.088-0.103-0.119-0.134-0.150作出電壓（V）與加載重物（W）關系曲線（用origin7.5繪圖以下）V/U

0.040.020.00-0.02-0.04-0.06-0.08-0.10-0.12-0.14-0.16-0.18W/g設V=k1W+h使用最小二乘法可得nnnnxiyixi?yi其斜率k1i1i1i1=-0.000774V/g=nn2xi2nxii1i1n2nnnyixiyixih1=ixi截距1i1i12i1=0.00495Vn2nnxixii1i1敏捷度:S半=VW=|k1|=0.000774V/g半橋電橋（R3、R4為工作應變片）：-8-砝碼數(shù)/個012345678910質(zhì)量m/g020406080100120140160180200電壓U/V-0.091-0.121-0.151-0.273-0.304作出電壓（V）與加載重物（W）關系曲線（用origin7.5繪圖以下）V0.00U-0.05-0.10-0.15-0.20-0.25-0.30-0.35050100150200W/g同單臂時同樣使用最小二乘法能夠算出半橋時的直線斜率nnnnxiyixi?yii1i1i1斜率：k22=-0.001517V/gn2nnxxiii1i1n2nnnyixiyixii1xii1i1hi1截距：2=nn2×-4Vnx2x=4.0909110ii1ii1敏捷度：S半橋=VW=|k2|=0.001517V/g全橋電橋（R1、R2、R3和R4都是工作應變片）：-9-砝碼數(shù)/個012345678910質(zhì)量m/g020406080100120140160180200電壓U/V-0.004-0.063-0.122-0.179-0.237-0.295-0.354-0.414-0.473-0.532-0.591作出電壓（V）與加載重物（W）關系曲線（用origin8繪圖以下）V/U

0.0-0.1-0.2-0.3-0.4-0.5-0.6050100150200W/g與前面的算法類同：使用最小二乘法算出結果nnnnxiyixi?yii1i1i1斜率：k22=-0.002932V/gnnxi2nxii1i1nx2nnxniyiyixi1i1截距：h2=i1i1nn2=-0.0035Vnx2xiii1i1敏捷度：S半橋=V2W=|k|=0.002932V/g偏差剖析：1單臂電橋○公式：ltT=n(tTtT),ltt=n(t222t),lTT=n(T2T)-10-有關系數(shù)：r=ltT=tTtT=0.99998lttlTTt22T22tT≈1，說明擬合的狀況很好。而斜率的標準差：s=11/n2?S=0.000002r2所以S單的最后表達式為S=(7.74±0.02)×10-4V/g單○2半橋電路有關系數(shù)：r=ltT=tTtT=0.99997lttlTT2222ttTT≈1，說明擬合的狀況很好。而斜率的標準差：s=11/n2?S=0.000004r2所以S的最后表達式為半S半=(15.17±0.04)×10-4V/g○3全橋電路有關系數(shù)：ltT=tTtT=0.99999r=2lttlTT222ttTT≈1，說明擬合的狀況很好。而斜率的標準差：s=11/n2?S=0.000005r2所以S的最后表達式為全S全=(29.32±0.05)×10-4V/g比較單臂，半橋和全橋電路的敏捷度前面所得數(shù)據(jù)-11-S單=(7.74±0.02)×10-4V/gS半=(15.17±0.04)10×-4V/gS全=(29.32±0.05)10×-4V/g所以S：S：S=1.000：1.950~1.970：3.772~3.804,單半全由這三個數(shù)據(jù)不難看出全橋的敏捷度最高，約為半橋的兩倍，而半橋電路的敏捷度又幾乎是單臂電橋電路的兩倍，這樣的關系與預習報告中的推導是基本一致的下邊在同一坐標系下作出三種電橋電路的V-W圖像（origin7.5作圖）0.0-0.1-0.2

BDFLinearFitofData1_BLinearFitofData1_DLinearFitofData1_FetliTsixAY

-0.3-0.4-0.5-0.6050100150200XAxisTitle上圖中B代表半臂，D代表半橋，F(xiàn)代表全橋。注意事項：①在改換應變片刻應將電源封閉②在實驗中假如發(fā)現(xiàn)電壓表過載，應將量程擴大。③在接全橋時必定要注意應變片的工作狀態(tài)和受力方向。④拔線時千萬不要拽線，應拿住頭部輕旋拔下?！?直流穩(wěn)壓電源不可以過大，免得破壞應變片或造成嚴重熱效應。-12-思慮題：在很多物理實驗中（如拉伸法測鋼絲楊氏模量，金屬熱膨脹系數(shù)丈量以及本實驗）加載（或加熱）與減載（降溫）過程中對應物理量的變化有滯后效應。試總結它們的共同之處，提出解決方案。答：共同之處：加載（或加熱）時要丈量的物理量增添（或減少）；減載（或降溫）時要丈量的物理量減少或增添。若做出加載（或加熱）和減載（或降溫）的曲線后比較可得加載（或加熱）時的曲線斜率的絕對值大于減載（或降溫）時的曲線斜率的絕對值。解決方案：加載或加熱時與減載或降溫時分別測一遍數(shù)并取它們的均勻值做為最后的數(shù)據(jù)，在丈量每組數(shù)據(jù)前先等候一段