自動化傳感器實驗報告一金屬箔式應變片-單臂電橋性能實驗

1、廣東技術師范學院實驗報告學院：自動化專業(yè)姓名：學號:自動化班級：08自動化學院：自動化專業(yè)姓名：學號:自動化班級：08自動化績：實驗地點：實驗日期：組別：組員：指導教師簽名：預習情況正常操乍情況正常考勤情況正常數(shù)據(jù)處里情況正常實驗一項目名稱：金屬箔式應變片一一單臂電橋性能實驗一、實驗目的了解金屬箔式應變片的應變效應，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)生機械形變時，其電阻值會發(fā)生變化，這就是金屬的電阻應變效應。金屬的電阻表達式為：R=p（1）S當金屬電阻絲受到軸向拉力F作用時，將伸長，1，橫截面積相應減小，S，電阻率因晶格變化等因素的影響而改變，P，故引起電阻值變化AR。對

2、式（1）全微分，并用相對變化量來表示，則有：TOC o 1-5 h z,R,l,St,p（2）RlSp式中的,l為電阻絲的軸向應變，用表示，常用單位卩（1卩=1x10-6mm）。lmm若徑向應變?yōu)?r，電阻絲的縱向伸長和橫向收縮的關系用泊松比卩表示為r，（，1），因為，S。=2（,r），則（2）式可以寫成：rlSr竺生（12卩）+如-（12p+，PP旦-k理（3）Rlp,lllol式（3）為“應變效應”的表達式。k稱金屬電阻的靈敏系數(shù)，從式（3）可見，k受00兩個因素影響，一個是（1+2卩），它是材料的幾何尺寸變化引起的，另一個是,p（p），是材料的電阻率P隨應變引起的（稱“壓阻效應”。對于金

3、屬材料而言，以前者為主，則k沁1+2卩，對半導體，k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00伸比例極限內(nèi)，電阻相對變化與軸向應變成比例。通常金屬絲的靈敏系數(shù)k=2左右。0用應變片測量受力時，將應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)生微小機械變形時，應變片敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應變化。通過轉換電路轉換為相應的電壓或電流的變化，根據(jù)（3）式，可以得到被測對象的應變值，而根據(jù)應力應變關系：G，E（4）式中。一一測試的應力；E材料彈性模量。可以測得應力值。通過彈性敏感元件，將位移、力、力矩、加速度、壓力等物理量轉換為應變，因此可以用應變片測量上述各量，從而

4、做成各種應變式傳感器。電阻應變片可分為金屬絲式應變片，金屬箔式應變片，金屬薄膜應變片。三、需用器件與單元傳感器實驗箱（一）中應變式傳感器實驗單元、砝碼、智能直流電壓表（或虛擬儀表中直流電壓表）、15V電源、5V電源，傳感器調理電路掛件。四、實驗內(nèi)容與步驟1應變片的安裝位置如圖1-1所示，應變式傳感器已裝在傳感器實驗箱（一）上，傳感器中各應變片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4，可用萬用表測量R1R2R1=R2=R3=R4=350Q。圖1-1應變式傳感器安裝示意圖把土15V直流穩(wěn)壓電源接入“傳感器調理電路”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，調節(jié)Rw3使之大致位于中

5、間位置（Rw3為10圈電位器），再進行差動放大器調零，方法為：將差動放大器的正、負輸入端與地短接，輸出端Uo2接直流電壓表，調節(jié)實驗模板上調零電位器Rw4,使直流電壓表顯示為零，關閉直流穩(wěn)壓電源開關。（注意：當Rw3的位置一旦確定，就不能改變。）I0K0RziR10KRWi10K20K2蘭忑石10K-J5VGNDI0K0RziR10KRWi10K20K2蘭忑石10K-J5VGND15V0FC7/2K*I陋QP07圖1-2應變式傳感器單臂電橋實驗接線圖按圖1-2將應變式傳感器的其中一個應變片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

6、好），接好電橋調零電位器Rw1，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，調節(jié)RW，使直流電壓表顯示為零。在砝碼盤上放置一只砝碼，待直流電壓表數(shù)值顯示穩(wěn)定后，讀取數(shù)顯值，以后每次增加一個砝碼并讀取相應的測量值，直到200g砝碼加完，記下實驗結果填入表1-1，關閉電源。表1-1單臂電橋輸出電壓與所加負載重量值重量（g）20406080100120140160180200電壓（mv）481419232933384247根據(jù)表1-1計算系統(tǒng)靈敏度S=U/W（U輸出電壓的變化量，W重量變化量）和非線性誤差5f1=Am/yFSX100%式中m（多次測量時為平均值）為輸出值與

7、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=4.2255f1=Am/yFSX100%=2/200X100%=1%五、思考題單臂電橋時，作為橋臂電阻應變片應選用：（1）正（受拉）應變片（2）負（受壓）應變片（3）正、負應變片均可以。答：應選用正應變片。六、實驗報告要求記錄實驗數(shù)據(jù)，并繪制出單臂電橋時傳感器的特性曲線。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AR/R不可能完全成線性增加。廣東技術師范學院預習報告學院：自動化專業(yè)姓名：學號:自動化班級：08自動化學院：自動化專業(yè)姓名：學號:自動化班級：08自動化績：實驗地點：實驗日期

8、：組別：組員：指導教師簽名：預習情況正常操乍情況正?？记谇闆r正常數(shù)據(jù)處里情況正常實驗一項目名稱：金屬箔式應變片一一單臂電橋性能實驗四、實驗目的了解金屬箔式應變片的應變效應，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)生機械形變時，其電阻值會發(fā)生變化，這就是金屬的電阻應變效應。金屬的電阻表達式為：R=p（1）S當金屬電阻絲受到軸向拉力F作用時，將伸長，1，橫截面積相應減小，S，電阻率因晶格變化等因素的影響而改變，P，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：TOC o 1-5 h z,R,l,St,p（2）RlSp式中的,l為電阻絲的軸向應變，用表示，常用單

9、位卩（1卩=1x10-6mm）。lmm若徑向應變?yōu)?r，電阻絲的縱向伸長和橫向收縮的關系用泊松比卩表示為r，（，1），因為，S。=2（,r），則（2）式可以寫成：rlSr竺生（12卩）+如-（12p+，PP旦-k理（3）Rlp,lllol式（3）為“應變效應”的表達式。k稱金屬電阻的靈敏系數(shù)，從式（3）可見，k受00兩個因素影響，一個是（1+2卩），它是材料的幾何尺寸變化引起的，另一個是,p（p），是材料的電阻率P隨應變引起的（稱“壓阻效應”。對于金屬材料而言，以前者為主，則k沁1+2卩，對半導體，k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00伸比例極限內(nèi)，電阻相對變化與軸向應變

10、成比例。通常金屬絲的靈敏系數(shù)k=2左右。0用應變片測量受力時，將應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)生微小機械變形時，應變片敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應變化。通過轉換電路轉換為相應的電壓或電流的變化，根據(jù)（3）式，可以得到被測對象的應變值，而根據(jù)應力應變關系：G，E（4）式中。一一測試的應力；E材料彈性模量?？梢詼y得應力值。通過彈性敏感元件，將位移、力、力矩、加速度、壓力等物理量轉換為應變，因此可以用應變片測量上述各量，從而做成各種應變式傳感器。電阻應變片可分為金屬絲式應變片，金屬箔式應變片，金屬薄膜應變片。六、需用器件與單元傳感器實驗箱（一）中應變式傳感器實驗單元、

11、砝碼、智能直流電壓表（或虛擬儀表中直流電壓表）、15V電源、5V電源，傳感器調理電路掛件。四、實驗內(nèi)容與步驟1應變片的安裝位置如圖1-1所示，應變式傳感器已裝在傳感器實驗箱（一）上，傳感器中各應變片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4，可用萬用表測量R1R2R1=R2=R3=R4=350Q。圖1-1應變式傳感器安裝示意圖把土15V直流穩(wěn)壓電源接入“傳感器調理電路”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，調節(jié)Rw3使之大致位于中間位置（Rw3為10圈電位器），再進行差動放大器調零，方法為：將差動放大器的正、負輸入端與地短接，輸出端Uo2接直流電壓表，調節(jié)實驗模板上調零電位器Rw4,使直流電壓表顯示為零，關閉直流穩(wěn)壓電源開關。（注意：當Rw3的位置一旦確定，就不能改變。）I0K0RziR10KRWi10K20K2蘭忑石10K-J5VGNDI0K0RziR10KRWi10K20K2蘭忑石10K-J5VGND15V0FC7/2K*I陋QP07圖1-2應變式傳感器單臂電橋實驗接線圖按圖1-2將應變式傳感器的其中一個應變片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），接好電橋調零電位器Rw1，接上橋路電源5V,如圖1-2所示。