傳感器實(shí)驗(yàn)(電阻應(yīng)變式傳感器)

傳感器實(shí)驗(yàn)電阻應(yīng)變式傳感器2021/6/271實(shí)驗(yàn)一金屬箔式應(yīng)變片

——單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和性能。二、實(shí)驗(yàn)儀器：應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤、砝碼（每只約20g）、、數(shù)顯電壓表、±15V、±4V電源、萬(wàn)用表（自備）。2021/6/272二、實(shí)驗(yàn)儀器：2021/6/273三、實(shí)驗(yàn)原理：電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為：ΔR/R=Kε，式中ΔR/R為電阻絲電阻相對(duì)變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，ε=Δl/l為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。金屬箔式應(yīng)變片就是通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感組件，如圖1-1所示，四個(gè)金屬箔應(yīng)變片分別貼在彈性體的上下兩側(cè)，彈性體受到壓力發(fā)生形變，應(yīng)變片隨彈性體形變被拉伸，或被壓縮。2021/6/274三、實(shí)驗(yàn)原理：

通過(guò)這些應(yīng)變片轉(zhuǎn)換被測(cè)部位受力狀態(tài)變化、電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化，如圖1-2所示R5、R6、R7為固定電阻，與應(yīng)變片一起構(gòu)成一個(gè)單臂電橋，其輸出電壓

E為電橋電源電壓，R為固定電阻值，式1-1表明單臂電橋輸出為非線性，非線性誤差為

2021/6/275四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（1）1．圖1-1應(yīng)變傳感器上的各應(yīng)變片已分別接到應(yīng)變傳感器模塊左上方的R1、R2、R3、R4上，可用萬(wàn)用表測(cè)量判別，R1=R2=R3=R4=350Ω。把RW1、RW2、RW3、RW4都調(diào)到中間位置：先向一個(gè)方向旋到底，再向反方向旋5圈。2021/6/276四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（2）2．從主控臺(tái)接入±15V電源，檢查無(wú)誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，將差動(dòng)放大器的輸入端Ui短接，輸出端Uo2接數(shù)顯電壓表（選擇2V檔），調(diào)節(jié)電位器Rw3，使電壓表顯示為0V，Rw3的位置確定后不能改動(dòng)，關(guān)閉主控臺(tái)電源。2021/6/277四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（2）2021/6/278四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（2）2021/6/279四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（3）3．將應(yīng)變式傳感器的其中一個(gè)應(yīng)變電阻（如R1）接入電橋與R5、R6、R7構(gòu)成一個(gè)單臂直流電橋，見圖1-2，接好電橋調(diào)零電位器Rw1，直流電源±4V（從主控臺(tái)接入），電橋輸出接到差動(dòng)放大器的輸入端Ui，檢查接線無(wú)誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，調(diào)節(jié)Rw1,使電壓表顯示為零。2021/6/2710四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（3）2021/6/2711四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（3）2021/6/2712四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（3）2021/6/2713四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（3）2021/6/2714四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（3）2021/6/2715四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（4）4．在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼，調(diào)節(jié)Rw4，改變差動(dòng)放大器的增益，使數(shù)顯電壓表顯示2mV，讀取數(shù)顯表數(shù)值，保持Rw4不變，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入表1-1，關(guān)閉電源。2021/6/2716四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（4）2021/6/2717四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（4）2021/6/2718四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（4）2021/6/2719四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（4）2021/6/2720五、注意事項(xiàng)加在應(yīng)變傳感器上的壓力不應(yīng)過(guò)大，以免造成應(yīng)變傳感器的損壞！2021/6/2721六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告根據(jù)表1－1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU輸出電壓變化量，ΔW重量變化量）和非線性誤差δf1=Δm/yF..S×100％，式中Δm為輸出值（多次測(cè)量時(shí)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。2021/6/2722七、思考題：采用單臂電橋時(shí)，作為橋臂的電阻應(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)變片均可以。2021/6/2723實(shí)驗(yàn)二金屬箔式應(yīng)變片

——半橋性能實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模罕容^半橋與單臂電橋的不同性能、了解其特點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)儀器：應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤、砝碼（每只約20g）、、數(shù)顯電壓表、±15V、±4V電源、萬(wàn)用表（自備）。2021/6/2724二、實(shí)驗(yàn)儀器：2021/6/2725三、實(shí)驗(yàn)原理：

不同受力方向的兩片應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當(dāng)兩片應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時(shí)，其橋路輸出電壓

U0比單臂電橋靈敏度提高一倍，半橋輸出與應(yīng)變片阻值變化率呈線性關(guān)系。2021/6/2726四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（1）1．圖1-1應(yīng)變傳感器上的各應(yīng)變片已分別接到應(yīng)變傳感器模塊左上方的R1、R2、R3、R4上，可用萬(wàn)用表測(cè)量判別，R1=R2=R3=R4=350Ω。2021/6/2727四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（2）2．從主控臺(tái)接入±15V電源，檢查無(wú)誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，將差動(dòng)放大器的輸入端Ui短接，輸出端Uo2接數(shù)顯電壓表（選擇2V檔），調(diào)節(jié)電位器Rw3，使電壓表顯示為0V，Rw3的位置確定后不能改動(dòng)，關(guān)閉主控臺(tái)電源。2021/6/2728四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（2）2021/6/2729四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（2）2021/6/2730四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（3）3．根據(jù)圖2-1接線，R1、R2為實(shí)驗(yàn)?zāi)０遄笊戏降膽?yīng)變片，注意R2應(yīng)和R1受力狀態(tài)相反，即橋路的鄰邊必須是傳感器中兩片受力方向相反(一片受拉、一片受壓)的電阻應(yīng)變片。接入橋路電源±4V（從主控臺(tái)接入），電橋輸出接到差動(dòng)放大器的輸入端Ui，檢查接線無(wú)誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，調(diào)節(jié)Rw1，使電壓表顯示為零。2021/6/2731四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（3）2021/6/2732四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（3）2021/6/2733四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（4）4．在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼，調(diào)節(jié)Rw4，改變差動(dòng)放大器的增益，使數(shù)顯電壓表顯示10mV，讀取數(shù)顯表數(shù)值，保持Rw4不變，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入下表，關(guān)閉電源。2021/6/2734四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（4）2021/6/2735四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（4）2021/6/2736四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（4）2021/6/2737五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告根據(jù)表2－1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度L＝ΔU/ΔW和非線性誤差δf