傳感器項(xiàng)目試驗(yàn)--金屬箔式應(yīng)變片性能

1、實(shí)驗(yàn)一傳感器項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)箔式應(yīng)變片性能一一單臂電橋和雙臂電橋一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康兀? .了解電阻應(yīng)變片傳感器的轉(zhuǎn)換原理。2 ,了解電阻應(yīng)變片直流電橋的工作原理和特性。3 .利用電阻應(yīng)變片直流電橋測(cè)量傳感器的電壓，比較單臂電橋和雙臂電橋的靈敏度。二、實(shí)驗(yàn)儀器：直流穩(wěn)壓電源DH-VC2-4V檔、電橋模塊、差動(dòng)放大器、箔式應(yīng)變片、測(cè)微頭及連接件、電壓表或萬(wàn)用表、九孔板接口平臺(tái)和傳感器試驗(yàn)臺(tái)。三、實(shí)驗(yàn)原理：1、應(yīng)變片的轉(zhuǎn)換原理電阻應(yīng)變片傳感器由粘貼了電阻應(yīng)變敏感元件的彈性元件和變換測(cè)量電路組成。被測(cè)力學(xué)量作用在一定形狀的彈性元件上（如懸臂梁等）使之產(chǎn)生變形。這時(shí)，粘貼在其上的電阻應(yīng)變敏感元件將力學(xué)量引起的形變轉(zhuǎn)化

2、為自身電阻值的變化，再由變換測(cè)量電路將電阻的變化轉(zhuǎn)化為電壓變化后輸出。工程中使用最多的電阻應(yīng)變敏感元件是金屬箔或半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片。考查一段圓截面的導(dǎo)體（金屬絲），如圖1,設(shè)其長(zhǎng)為L(zhǎng),截面積為A（直徑為D）,原始電阻為RR=L-A式中，出金屬絲的電阻率。1金屬隹拉伸后的電阻變化，R與其應(yīng)變R當(dāng)金屬絲受到軸向力F而被拉伸（或壓縮）產(chǎn)生形變，其電阻值會(huì)隨之變化。理論和實(shí)驗(yàn)表明，金屬材料在被拉伸（或壓縮）時(shí)電阻的相對(duì)變化成正比。用公式可以表示為R(2)K；R式中，K為金屬絲材料的應(yīng)變靈敏系數(shù)，與材料和加工方式有關(guān)，名=%為金屬絲的線應(yīng)變。以上就是金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)2.電橋的工作原理和特性(1)電橋

3、的工作原理圖？在流電橋原理圖2是一個(gè)直流電橋。A、C端接直流電源，稱供橋端，Uo稱供橋電壓；B、D端接測(cè)量?jī)x器，稱輸出端Ubd=Ubc+UcD=UoR3，(R3+R)R2/(Ri+R2)O)(2)電橋的加減特性電橋的四個(gè)橋臂都由應(yīng)變片組成，則工作時(shí)各橋臂的電阻狀態(tài)都將發(fā)生變化(電阻拉伸時(shí)，阻值增加；電阻壓縮時(shí)，阻值減小)，電橋也將有電壓輸出。理論分析表明，當(dāng)供橋電壓一定且VRccR時(shí)，對(duì)于全等臂電橋，Ri=R=R3=R4=R,各橋臂應(yīng)變片靈敏系數(shù)相同，此時(shí)可用電壓輸出增量式表示 U=0.25Uo(Ri/Ri-R2/R2+R3/R3-R4/R4)(4)式(4)為電橋轉(zhuǎn)換原理的一般形式，現(xiàn)討論如下

4、：(a)當(dāng)只有一個(gè)橋臂接應(yīng)變片時(shí)(稱為單臂電橋)，橋臂R1為工作臂，且工作時(shí)電阻由R變?yōu)镽+/XR,其余各臂為固定電阻F(AR2=AR3=AR4=0),則式(4)變?yōu)閁=0.25Uo(R/R)=0.25UoK£(5)(b)若兩個(gè)相鄰臂接應(yīng)變片時(shí)(稱為雙臂電橋，即半橋)，(見(jiàn)圖3)即橋臂Ri、R2為工作臂，且工作時(shí)有電阻增量Ri、AR2,而R刖R4臂為固定電阻R(R=AR4=0)0當(dāng)兩橋臂電阻同時(shí)拉伸或同時(shí)壓縮時(shí)，則有Ri=zR2=4R,由式(4)可得U=。當(dāng)一橋臂電阻拉伸一橋臂壓縮時(shí)，則有Ri=4R,AR2=-R,由式(4)可得(6) UI0.25Uo(R/R)kl0.25UoKQ圖

5、3兩個(gè)相鄰臂工作的電橋(c)當(dāng)四個(gè)橋臂全接應(yīng)變片時(shí)(稱為全橋)，(見(jiàn)圖4),R1=R2=R3=R4=R,都是工作臂，Ri=AR3=AR,AR2=AR4=-AR,則式(4)變?yōu)?U=4I0.25Uo(R/R)MI0.25UoK(7)此時(shí)電橋的輸出比單臂工作時(shí)提高了四倍，比雙臂工作時(shí)提高了二倍。圖4全臂工作的電橋(3)電橋的靈敏度電橋的靈敏度S是單位電阻變化率所對(duì)應(yīng)的輸出電壓的大小S=：U/(：R/R)=0.25Uo(:Ri/Ri-R2/R2+:R3/R3-：R4/R4)/(:R/R)令n=(Ri/Ri-：R2/R2+:R3/R3-：R4/R4)/(:R/R)則S=0.25nUo(8)式中，n為電

6、橋的工作臂系數(shù).由上式可知，電橋的工作臂系數(shù)愈大，則電橋的靈敏度愈高，因此，測(cè)量時(shí)可利用電橋的加減特性來(lái)合理組橋，以增加n及測(cè)量靈敏度.在實(shí)驗(yàn)中，單臂電橋和雙臂電橋時(shí)的靈敏度都用此式計(jì)算：S=AU/AX(式中AX為梁的自由端位移變化，AU為相應(yīng)萬(wàn)用表顯示的電壓相應(yīng)變化)。最后和理論分析的結(jié)果相比較。四、實(shí)驗(yàn)步驟：i、了解所需模塊、器件設(shè)備等，觀察梁上的應(yīng)變片，應(yīng)變片為棕色襯底箔式結(jié)構(gòu)小方薄片。上下二片梁的外表面各貼二片受力應(yīng)變片。測(cè)微頭在雙平行梁后面的支座上，可以上、下、前、后、左、右調(diào)節(jié)。安裝測(cè)微頭時(shí)，應(yīng)注意是否可以到達(dá)磁鋼中心位置；2、差動(dòng)放大器調(diào)零：V+接至直流恒壓源的+i5V,V-接至

7、-i5V,調(diào)零模塊的GND與差動(dòng)放大器模塊的GND相連，Vref與Vref相連，V+與V+相連，再用導(dǎo)線將差動(dòng)放大器的輸入端同相端Vp（+）、反相端Vn（）與地短接。用萬(wàn)用表測(cè)差動(dòng)放大器輸出端的電壓；開(kāi)啟直流恒壓源；調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕使萬(wàn)用表顯示為零；3、根據(jù)圖1接線Ri、R2、R3為電橋模塊的固定電阻，R4則為應(yīng)變片；將直流恒壓源的打至±4V檔，萬(wàn)用表置20V檔。開(kāi)啟直流恒壓源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的電位器W1,使萬(wàn)用表顯示為零；4、將測(cè)微頭轉(zhuǎn)動(dòng)到10mm刻度附近，安裝到雙平等梁的自由端（與自由端磁鋼吸合）調(diào)節(jié)測(cè)微頭支柱的高度（梁的自由端跟隨變化）使萬(wàn)用表顯示最小，再旋動(dòng)測(cè)微頭，使萬(wàn)用表顯

8、示為零（細(xì)調(diào)零），并記下此時(shí)測(cè)微頭上的刻度值（要準(zhǔn)確無(wú)誤地讀出測(cè)微頭上的刻度值）。5、往下或往上旋動(dòng)測(cè)微頭，使梁的自由端產(chǎn)生位移（X）記下萬(wàn)用表顯示的值。建議每旋動(dòng)測(cè)微頭一周即AX=0.5mm記一個(gè)數(shù)值填入下表：X(mm)U(mv)6、保持放大器增益不變，將R3固定電阻換為與Rx工作狀態(tài)相反的另一應(yīng)變片即取二片受力方向不同應(yīng)變片，形成半橋，調(diào)節(jié)測(cè)微頭使梁到水平位置（目測(cè)），調(diào)節(jié)電橋W1使萬(wàn)用表顯示表顯示為零，重復(fù)（5）過(guò)程同樣測(cè)得讀數(shù)，填入下表：X(mm)U(mv)7、根據(jù)所得結(jié)果計(jì)算靈敏度S=AU/AX,要求用逐差法計(jì)算。（式中AX為梁的自由端位移變化，AU為相應(yīng)萬(wàn)用表顯示的電壓相應(yīng)變化）。

9、8、在同一坐標(biāo)紙上描出X-U曲線，比較兩種接法的靈敏度。注意事項(xiàng)：（1）在記錄數(shù)據(jù)之前，請(qǐng)將測(cè)微頭調(diào)至一個(gè)合適位置。合適位置：指的是測(cè)微頭螺桿最長(zhǎng)及最短時(shí)，萬(wàn)用表示數(shù)的范圍要足夠大。調(diào)節(jié)方法：通過(guò)調(diào)整測(cè)微頭支桿座的高度來(lái)實(shí)現(xiàn);（2）在旋轉(zhuǎn)旋鈕時(shí)，請(qǐng)不要轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭支桿。第二部分結(jié)構(gòu)安裝及相關(guān)說(shuō)明、傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)一各部分名稱及安裝圖示1、機(jī)箱2、平行梁壓塊及座3、激勵(lì)線圈及螺母4、磁棒5、器件固定孔6、應(yīng)變片組信號(hào)輸出端7、激勵(lì)信號(hào)輸入端8、振動(dòng)盤(pán)9、振動(dòng)盤(pán)鎖緊螺釘10、墊圈11、測(cè)微頭座12、雙平行梁13、支桿鎖緊螺釘14、測(cè)微頭15、連接板鎖緊螺釘16、支桿鎖緊螺釘17、支桿18、連接板19、應(yīng)變片（中間一片為備用）20、磁棒鎖緊螺釘（在隔塊后面）21、隔塊及固定螺釘說(shuō)明：、在做靜態(tài)實(shí)驗(yàn)需要將測(cè)微頭裝上，做動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)不需要測(cè)微頭;、使用振動(dòng)盤(pán)時(shí)，須先卸下振動(dòng)盤(pán)，再裝上所需的結(jié)構(gòu)，不要在沒(méi)有卸下之前，裝上其它結(jié)構(gòu)。、電源及信號(hào)源的說(shuō)明三、差動(dòng)放大器模塊說(shuō)明及其組合n相銅，端（按DH-VE2+15Vpoei無(wú)我叫，堂族言