金屬箔式應(yīng)變片

實(shí)驗(yàn)二金屬箔式應(yīng)變片一一單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?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、 實(shí)驗(yàn)原理應(yīng)變片的安裝位置如圖2-2所示，應(yīng)變式傳感器已裝到應(yīng)變傳感器模塊上。傳感器中各電阻應(yīng)變片已接入到“THVZ-1型傳感器實(shí)驗(yàn)箱”上，從左到右依次為Rl、R2、R3、R4?？捎萌f用表進(jìn)行測(cè)量，R1=R2=R3=R4=350QO金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻值會(huì)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）S當(dāng)金屬電阻絲受到軸向拉力F作用時(shí)，將伸長(zhǎng)Al，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(duì)式（1）全微分，并用相對(duì)變化量來表示，則有：(2)AR AlASAp(2)=—+—R lS p式中的Alj為電阻絲的軸向應(yīng)變，用*表示，常用單位應(yīng)（1應(yīng)=1xio-6mmmm）若徑向應(yīng)變?yōu)锳rr，電阻絲的縱向伸長(zhǎng)和橫向收縮的關(guān)系用泊松比卩表示為Ar/Ar/r 呀），因?yàn)锳SS=2（Ar/r）則（2）式可以寫成:(3)等斗（1+2Q+譽(yù)（1+2卩+鬻）=k芋(3)式⑶為“應(yīng)變效應(yīng)”的表達(dá)式。叫稱金屬電阻的靈敏系數(shù)，從式⑶可見，叫受兩個(gè)

因素影響，一個(gè)是（1+2卩）,它是材料的幾何尺寸變化引起的，另一個(gè)是"（pg），是材料的電阻率P隨應(yīng)變引起的（稱“壓阻效應(yīng)”）。對(duì)于金屬材料而言，以前者為主，則k沁1+2卩，對(duì)半導(dǎo)體，k值主要是由電阻率相對(duì)變化所決定。實(shí)驗(yàn)也表明，在金屬絲拉00伸比例極限內(nèi)，電阻相對(duì)變化與軸向應(yīng)變成比例。通常金屬絲的靈敏系數(shù)$2左右。用應(yīng)變片測(cè)量受力時(shí)，將應(yīng)變片粘貼于被測(cè)對(duì)象表面上。在外力作用下，被測(cè)對(duì)象表面產(chǎn)生微小機(jī)械變形時(shí)，應(yīng)變片敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化。通過調(diào)理轉(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(cè)對(duì)象的應(yīng)變值￡，而根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系◎=E￡⑷式中 ——測(cè)試的應(yīng)力；E——材料彈性模量?？梢詼y(cè)得應(yīng)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(zhuǎn)換為應(yīng)變，因此可以用應(yīng)變片測(cè)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。金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，通過它轉(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，電橋的輸出電壓反映了相應(yīng)的受力狀態(tài)，對(duì)單臂電橋輸出電壓U=EK￡/4,式中E為電橋供電電壓，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)。應(yīng)變式傳感器信號(hào)調(diào)理實(shí)驗(yàn)電路圖如圖2-1所示。PortlR65.1K3ClO.OluFUiR520KOP0721RIO2OKC4v\--15V0.1uF+15W3甲Hi0InFRS；100U2R13R85IK10KPort2O.OluFC6O.luFR1220KOP07Rll-i l—10KR15Ji R145IK0.17IBOP07-15V0.1uFR16UoR1710KPortlR65.1K3ClO.OluFUiR520KOP0721RIO2OKC4v\--15V0.1uF+15W3甲Hi0InFRS；100U2R13R85IK10KPort2O.OluFC6O.luFR1220KOP07Rll-i l—10KR15Ji R145IK0.17IBOP07-15V0.1uFR16UoR1710KR2020K+15\€9丁IIO.luFOP07CIO-15V0.1uFR21Uo+15V…10K1.5KDI3.3VR195.IKD23.3V卄 -15V1.5K圖2-1應(yīng)變式傳感器信號(hào)調(diào)理實(shí)驗(yàn)電路圖三、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備THVZ-1型傳感器實(shí)驗(yàn)箱中應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)單元、砝碼、萬用表（自備）、信號(hào)調(diào)理掛箱、應(yīng)變式傳感器調(diào)理模塊。四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

將“應(yīng)變式傳感器調(diào)理模塊”插放到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)掛箱上，在確保上述模塊插放無誤后，從實(shí)驗(yàn)屏上接入實(shí)驗(yàn)掛箱所需的工作電源（電源的大小及正負(fù)極性不能接錯(cuò)）檢查無誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，進(jìn)行差動(dòng)放大器調(diào)零，方法為：將應(yīng)變式傳感器信號(hào)調(diào)理實(shí)驗(yàn)電路的輸入端Ui與地短接，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳险{(diào)零電位器Rw2,使Uo端輸出電壓為零，（萬用表2V檔測(cè)量）。關(guān)閉主控臺(tái)電源。（注意：當(dāng)Rw2的位置一旦確定，就不能改變。）按圖2-3將應(yīng)變式傳感器的其中一個(gè)應(yīng)變片R1（即模板的R1）接入電橋作為一個(gè)橋臂與R5、R6、R7接成直流電橋，（R5、R6、R7在模塊內(nèi)已接好），接好電橋調(diào)零電位器Rw1，接上橋路電源±5V,如圖2-3所示。檢查接線無誤后，合上主控箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)Rw1，使數(shù)顯表顯示約為零（萬用表2V檔測(cè)量）。在砝碼盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，以后每次增加一個(gè)砝碼并讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表2-1，關(guān)閉電源。接信號(hào)調(diào)理電路輸入端接信號(hào)調(diào)理電路輸入端ui表2-1單臂電橋輸出電壓與所加負(fù)載重量值重量（g）電壓（V）圖2-3應(yīng)變式傳感器單臂電橋?qū)嶒?yàn)接線圖根據(jù)表1-1計(jì)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0f1=Am/yFSX100%式中Am（多次測(cè)量時(shí)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。