自動化傳感器實驗報告一金屬箔式應(yīng)變片——單臂電橋性能實驗

1、廣東技術(shù)師范學(xué)院實驗報告學(xué)院：自動化專業(yè)：自動化班級：08自動化姓名：學(xué)號：口）組員：別：_實驗血三實驗日期:前教師簽名;預(yù)習(xí)情況正常操作情況正?？记谇闆r正常數(shù)據(jù)處理情況正常實驗項目名稱：_金屬箔式應(yīng)變片一一單臂電橋性能實驗一、實驗?zāi)康牧私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和性能。二、基本原理金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時，其電阻值會發(fā)生變化，這就是金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬的電阻表達(dá)式為：R=P（1）當(dāng)金屬電阻絲受到軸向拉力F作用時，將伸長網(wǎng),橫截面積相應(yīng)減小AS,電阻率因晶格變化等因素的影響而改變AP,故引起電阻值變化AR。對式（1）全微分，并用相對變化量來表示，則有：生=且_生+

2、處RlS：式中的力，為電阻絲的軸向應(yīng)變，用名表示，常用單位收（1收=1*10上m%m）°若徑向應(yīng)變?yōu)?,電阻絲的縱向伸長和橫向收縮的關(guān)系用泊松比N表示為駕=小戔），因為%=2（/）,則（2）式可以寫成：R.1至=T（1+2N）+三=（1+2N+L）式=k02（3）R1P.l111式（3）為“應(yīng)變效應(yīng)”的表達(dá)式。k0稱金屬電阻的靈敏系數(shù)，從式（3）可見，k0受兩個因素影響，一個是（1+2N）,它是材料的幾何尺寸變化引起的，另一個是命），是材料的電阻率P隨應(yīng)變引起的（稱“壓阻效應(yīng)”）。對于金屬材料而言，以前者為主，則ko電1+2以，對半導(dǎo)體，ko值主要是由電阻率相對變化所決定。實驗也表明

3、，在金屬絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻相對變化與軸向應(yīng)變成比例。通常金屬絲的靈敏系數(shù)k0=2左右。用應(yīng)變片測量受力時，將應(yīng)變片粘貼于被測對象表面上。在外力作用下，被測對象表面產(chǎn)生微小機(jī)械變形時，應(yīng)變片敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化。通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓或電流的變化，根據(jù)（3）式，可以得到被測對象的應(yīng)變值名，而根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系：e=Ez（4）式中（T測試的應(yīng)力；E材料彈性模量?？梢詼y得應(yīng)力值b。通過彈性敏感元件，將位移、力、力矩、加速度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換為應(yīng)變，因此可以用應(yīng)變片測量上述各量，從而做成各種應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變片可分為金屬絲式應(yīng)變片，金屬箔式應(yīng)變片，金屬薄膜應(yīng)變片。三、需用

4、器件與單元傳感器實驗箱（一）中應(yīng)變式傳感器實驗單元、祛碼、智能直流電壓表（或虛擬儀表中直流電壓表）、土15V電源、土5V電源，傳感器調(diào)理電路掛件。四、實驗內(nèi)容與步驟1 .應(yīng)變片的安裝位置如圖1-1所示，應(yīng)變式傳感器已裝在傳感器實驗箱（一）上，傳感器中各應(yīng)變片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4,可用萬用表測量R1=R2=R3=R4=350Qo圖1-12 .把土15V直流穩(wěn)壓電源接入“傳感器調(diào)理電路”實驗掛箱，檢查無誤后，開啟實驗臺面板上的直流穩(wěn)壓電源開關(guān)，調(diào)節(jié)RW3使之大致位于中間位置（RW3為10圈電位器），再進(jìn)行差動放大器調(diào)零，方法為：將差動放大器的正、負(fù)輸入端與地短接，輸出端Uo2

5、接直流電壓表，調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳险{(diào)零電位器RW4,使直流電壓表顯示為零，關(guān)閉直流穩(wěn)壓電源開關(guān)。（注意：當(dāng)RW3的位置一旦確定，就不能改變。）15V(3NDI5V3 .按圖1-2將應(yīng)變式傳感器的其中一個應(yīng)變片R1（即模板左上方的R1）接入電橋作為一個橋臂與R5、R6、R7接成直流電橋，（R5、R6、R7模塊內(nèi)已接好），接好電橋調(diào)零電位器Rwi,接上橋路電源5V,如圖1-2所示。檢查接線無誤后，合上直流穩(wěn)壓電源開關(guān)，調(diào)節(jié)Rw1,使直流電壓表顯不為零。4 .在祛碼盤上放置一只祛碼，待直流電壓表數(shù)值顯示穩(wěn)定后，讀取數(shù)顯值，以后每次增加一個祛碼并讀取相應(yīng)的測量值，直到200g祛碼加完，記下實驗結(jié)果填入表1-

6、1,關(guān)閉電源。表1-1單臂電橋輸出電壓與所加負(fù)載重量值重量（g）20406080100120140160180200電壓（mv）4814192329333842475 .根據(jù)表1-1計算系統(tǒng)靈敏度S=AU/AW（AU輸出電壓的變化量，AW重量變化量）和非線性誤差8f1=Am/yFsX100%式中Am（多次測量時為平均值）為輸出值與擬合直線的最大偏差：yFs滿量程輸出平均值，此處為200g。解：S=200/47=4.2258f產(chǎn)Am/yFSX100%=2/200X100%=1%五、思考題1 .單臂電橋時，作為橋臂電阻應(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

7、以。答：應(yīng)選用正應(yīng)變片。六、實驗報告要求2 .記錄實驗數(shù)據(jù)，并繪制出單臂電橋時傳感器的特性曲線。3 .從理論上分析產(chǎn)生非線性誤差的原因。答：產(chǎn)生非線性誤差的原因：電阻變化率R/R不可能完全成線性增加。廣東技術(shù)師范學(xué)院預(yù)習(xí)報告學(xué)院：自動化專業(yè)：自動化班級：08自動化姓名：學(xué)號:組別：組員:實驗地點：實驗日期：指導(dǎo)教師簽名:預(yù)習(xí)情況正常操作情況正?？记谇闆r正常數(shù)據(jù)處理情況正常實驗項目名稱：_金屬箔式應(yīng)變片一一單臂電橋性能實驗四、實驗?zāi)康牧私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和性能。五、基本原理金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時，其電阻值會發(fā)生變化，這就是金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬的電阻表達(dá)式為

8、：R=P（1）當(dāng)金屬電阻絲受到軸向拉力F作用時，將伸長網(wǎng),橫截面積相應(yīng)減小AS,電阻率因晶格變化等因素的影響而改變AP,故引起電阻值變化AR。對式（1）全微分，并用相對變化量來表示，則有：生=且_生+處RlS：式中的力，為電阻絲的軸向應(yīng)變，用名表示，常用單位收（1收=1*10上m%m）°若徑向應(yīng)變?yōu)?,電阻絲的縱向伸長和橫向收縮的關(guān)系用泊松比N表示為駕=小戔），因為%=2（/）,則（2）式可以寫成：R.1至=T（1+2N）+三=（1+2N+L）式=k02（3）R1P.l111式（3）為“應(yīng)變效應(yīng)”的表達(dá)式。k0稱金屬電阻的靈敏系數(shù)，從式（3）可見，k0受兩個因素影響，一個是（1+2N

9、）,它是材料的幾何尺寸變化引起的，另一個是命），是材料的電阻率P隨應(yīng)變引起的（稱“壓阻效應(yīng)”）。對于金屬材料而言，以前者為主，則ko電1+2以，對半導(dǎo)體，ko值主要是由電阻率相對變化所決定。實驗也表明，在金屬絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻相對變化與軸向應(yīng)變成比例。通常金屬絲的靈敏系數(shù)k0=2左右。用應(yīng)變片測量受力時，將應(yīng)變片粘貼于被測對象表面上。在外力作用下，被測對象表面產(chǎn)生微小機(jī)械變形時，應(yīng)變片敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化。通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓或電流的變化，根據(jù)（3）式，可以得到被測對象的應(yīng)變值名，而根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系：e=Ez（4）式中（T測試的應(yīng)力；E材料彈性模量?？梢詼y得應(yīng)力值

10、b。通過彈性敏感元件，將位移、力、力矩、加速度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換為應(yīng)變，因此可以用應(yīng)變片測量上述各量，從而做成各種應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變片可分為金屬絲式應(yīng)變片，金屬箔式應(yīng)變片，金屬薄膜應(yīng)變片。六、需用器件與單元傳感器實驗箱（一）中應(yīng)變式傳感器實驗單元、祛碼、智能直流電壓表（或虛擬儀表中直流電壓表）、土15V電源、土5V電源，傳感器調(diào)理電路掛件。四、實驗內(nèi)容與步驟1 .應(yīng)變片的安裝位置如圖1-1所示，應(yīng)變式傳感器已裝在傳感器實驗箱（一）上，傳感器中各應(yīng)變片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4,可用萬用表測量R1=R2=R3=R4=350Qo圖1-12 .把土15V直流穩(wěn)壓電源接入“傳感器調(diào)

11、理電路”實驗掛箱，檢查無誤后，開啟實驗臺面板上的直流穩(wěn)壓電源開關(guān)，調(diào)節(jié)RW3使之大致位于中間位置（RW3為10圈電位器），再進(jìn)行差動放大器調(diào)零，方法為：將差動放大器的正、負(fù)輸入端與地短接，輸出端Uo2接直流電壓表，調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳险{(diào)零電位器RW4,使直流電壓表顯示為零，關(guān)閉直流穩(wěn)壓電源開關(guān)。（注意：當(dāng)RW3的位置一旦確定，就不能改變。）15V(3NDI5V3 .按圖1-2將應(yīng)變式傳感器的其中一個應(yīng)變片R1（即模板左上方的R1）接入電橋作為一個橋臂與R5、R6、R7接成直流電橋，（R5、R6、R7模塊內(nèi)已接好），接好電橋調(diào)零電位器Rwi,接上橋路電源5V,如圖1-2所示。檢查接線無誤后，合上直流穩(wěn)壓電源開關(guān)