實驗一 金屬箔式應變片 單臂、半橋、全橋性能比較實驗

1、實驗一 金屬箔式應變片單臂、半橋、全橋性能比較實驗一、實驗目的比較單臂、半橋、全橋輸出時的靈敏度和非線性誤差，得出相應的結(jié)論。二、實驗原理電阻絲在外力作用下發(fā)生機械形變時，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(guān)系式為 （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所示，將四個金屬箔式應變片分別貼在雙孔懸臂梁式彈性體的上下兩側(cè)，彈性體受到壓力發(fā)生形變，則應變片隨彈性體形變被拉伸，或被壓縮。 圖1 應變式傳感器安裝示意圖三、主要實驗設備1應變傳感器實驗模塊2托盤3砝碼415V、4V電源5直

2、流電壓表6. 萬用表（自備）四、實驗內(nèi)容1應變傳感器上的各應變片已分別接到應變傳感器模塊左上方的R1、R2、R3、R4上，可用萬用表測量判別，R1=R2=R3=R4=350。通過這些應變片轉(zhuǎn)換彈性體被測部位受力狀態(tài)變化，電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化，如圖2所示R5=R6=R7=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 （2）其中，為電橋電源電壓。2差動放大器調(diào)零。從主控臺接入15V電源，檢查無誤后，合上主控臺電源開關(guān)，將差動放大器的輸入端Ui短接并與地短接，輸出端Uo接數(shù)顯電壓表（選擇2V檔）。將電位器調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的Rw4調(diào)到適當位置（注意：不能置于逆時針最小位置?。?，調(diào)節(jié)

3、電位器Rw3使電壓表顯示為0V。關(guān)閉主控臺電源（Rw3、Rw4的位置確定后不能改動）。3按圖2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R5、R6、R7構(gòu)成一個單臂直流電橋。圖2 單臂電橋面板接線圖4加托盤后電橋調(diào)零。電橋輸出接到差動放大器的輸入端Ui，檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關(guān)，預熱五分鐘，調(diào)節(jié)Rw1使電壓表顯示為零。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1。表1 單臂、半橋、全橋測量時，輸出電壓與砝碼重量的關(guān)系重量(g)電壓(mV)單臂半橋全橋6不同受力方向的兩只應變片接入電橋作

4、為鄰邊，如圖3。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 （3）式3表明，半橋輸出與應變片阻值變化率呈線性關(guān)系。保持Rw3、Rw4的位置不變，按圖3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；加托盤后調(diào)節(jié)Rw1將電橋調(diào)零；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1。圖3 半橋電橋面板接線圖7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4，當應變片初始值相等，變化量也相等時，其橋路輸出Uo= （4）式中為電

5、橋電源電壓；為電阻絲電阻相對變化。式4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。保持Rw3、Rw4的位置不變，按圖4接線，將四只應變片接入電橋，始終保持相鄰的兩只應變片受力方向相反；加托盤后調(diào)節(jié)Rw1將電橋調(diào)零；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1。8實驗結(jié)束后，關(guān)閉實驗臺電源，整理好實驗設備。圖4 全橋電橋面板接線圖五、實驗總結(jié)1根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)計算單臂系統(tǒng)靈敏度S1U/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；yFS為滿量程（200g）輸出平均值。3根據(jù)所得實驗數(shù)據(jù)，計算半橋的靈敏度S2和非線性誤差f2。4根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，計算全橋的靈敏度S3和非線性誤差f3。5比較三種電橋的靈敏度和非線性誤差。將得到的結(jié)論與理論計算進行比較。六、預習及思考1預習教材中有關(guān)電阻應變傳感器的內(nèi)容。2引起半橋測量的非線性誤差原因是什么？3半橋測量時兩片不同受力狀態(tài)