傳感器實驗報告(電阻應變式傳感器)

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1、傳 感 器 技 術 實 驗 報 告 院（系） 機械工程系 專業(yè) 班級 姓 名 同組同學 實驗時間 2014 年 月 日，第 周，星期 第 節(jié) 實驗地點 單片機與傳感器實驗室 實驗臺號 實驗一 金屬箔式

2、應變片——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、實驗儀器： 應變傳感器實驗模塊、托盤、砝碼（每只約20g）、、數顯電壓表、15V、4V電源、萬用表（自備）。 三、實驗原理： 電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，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系式為：ΔR/R=Kε，式中ΔR/R為電阻絲電阻相對變化，K為應變靈敏系數，ε=Δl/l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1-1所示，四個金屬箔應變片分別貼在彈性體的上下兩側，彈性體受到壓力發(fā)生形變，應變片隨彈性

3、體形變被拉伸，或被壓縮。 圖1-1 通過這些應變片轉換被測部位受力狀態(tài)變化、電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化，如圖1-2所示R5、R6、R7為固定電阻，與應變片一起構成一個單臂電橋，其輸出電壓 （1-1） E為電橋電源電壓，R為固定電阻值，式1-1表明單臂電橋輸出為非線性，非線性誤差為。 四、實驗內容與步驟 1．圖1-1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=350Ω。 2．從主控臺接入15V電源，檢查無誤后，合上主控臺電源開關，將差動放大器的輸入端Ui短

4、接，輸出端Uo2接數顯電壓表（選擇2V檔），調節(jié)電位器Rw3，使電壓表顯示為0V，Rw3的位置確定后不能改動，關閉主控臺電源。 圖1-2 應變式傳感器單臂電橋實驗接線圖 3．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構成一個單臂直流電橋，見圖1-2，接好電橋調零電位器Rw1，直流電源4V（從主控臺接入），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，調節(jié)Rw1,使電壓表顯示為零。 4．在應變傳感器托盤上放置一只砝碼，調節(jié)Rw4，改變差動放大器的增益，使數顯電壓表顯示2mV，讀取數顯表數值，保持Rw4不變，依次增加砝碼和讀取相應的數顯表

5、值，直到200g砝碼加完，記錄實驗結果，填入表1-1，關閉電源。 表1－1 重量(g) 電壓(mV) 五、注意事項 加在應變傳感器上的壓力不應過大，以免造成應變傳感器的損壞！ 六、實驗報告 根據表1－1計算系統(tǒng)靈敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU輸出電壓變化量，ΔW重量變化量）和非線性誤差δf1=Δm/yF..S 100％，式中Δm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。

6、 七、思考題： 采用單臂電橋時，作為橋臂的電阻應變片應選用： (1)正(受拉)應變片； (2)負(受壓)應變片； (3)正、負應變片均可以。 答： 傳 感 器 技 術 實 驗 報 告 院（系） 機械工程系 專業(yè) 班級 姓 名 同組同學 實驗時間 2014 年 月 日，第

7、 周，星期 第 節(jié) 實驗地點 單片機與傳感器實驗室 實驗臺號 實驗二 金屬箔式應變片——半橋性能實驗 一、實驗目的：比較半橋與單臂電橋的不同性能、了解其特點。 二、實驗儀器：同實驗一 三、實驗原理：不同受力方向的兩片應變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當兩片應變片阻值和應變量相同時，其橋路輸出電壓 （2-1） U0比單臂電橋靈敏度提高一倍，半橋輸出與應變片阻值變化率呈線性關系。

8、 四、實驗內容與步驟 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=350Ω。 圖2-1 應變式傳感器半橋實驗接線圖 2．差動放大器調零。從主控臺接入15V電源，檢查無誤后，合上主控臺電源開關，將差動放大器的輸入端Ui短接，輸出端Uo2接數顯電壓表（選擇2V檔），調節(jié)電位器Rw3，使電壓表顯示為0V，Rw3的位置確定后不能改動，關閉主控臺電源。 3．根據圖2-1接線，R1、R2為實驗模板左上方的應變片，注意R2應和R1受力狀態(tài)相反，即橋路的鄰邊必須是傳感器中兩片受力方向相反(一片受拉、一片受壓

9、)的電阻應變片。接入橋路電源4V（從主控臺接入），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，調節(jié)Rw1，使電壓表顯示為零。 4．在應變傳感器托盤上放置一只砝碼，調節(jié)Rw4，改變差動放大器的增益，使數顯電壓表顯示10mV，讀取數顯表數值，保持Rw4不變，依次增加砝碼和讀取相應的數顯表值，直到200g砝碼加完，記錄實驗結果，填入下表，關閉電源。 表2－1 重量(g) 電壓(mV) 五、實驗報告

10、 根據表2－1計算系統(tǒng)靈敏度L＝ΔU/ΔW和非線性誤差δf2。 六、思考題： 1．半橋側量時兩片不同受力狀態(tài)的電阻應變片在接入電橋時，應放在：(1)對邊？(2)鄰邊的位置？ 答： 2．橋路測量時存在非線性誤差，是因為：(1)電橋測量原理上存在非線性誤差？(2)應變片應變效應是非線性的？(3)零點偏移？ 答： 傳 感 器 技 術 實 驗 報 告 院（系） 機械工程系 專業(yè) 班級 姓 名

11、 同組同學 實驗時間 2014 年 月 日，第 周，星期 第 節(jié) 實驗地點 單片機與傳感器實驗室 實驗臺號 實驗三 金屬箔式應變片――全橋性能實驗 一、實驗目的：了解全橋測量電路的優(yōu)點。 二、實驗儀器：同實驗一。 三、實驗原理： 全橋測量電路中，將受力性質相同的兩只應變片接到電橋的對邊，不同的接入鄰邊，如圖3-1，當應變片初始值相等

12、，變化量也相等時，其橋路輸出： Uo=Ekε （3-1） E為電橋電源電壓，式3-1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。 四、實驗內容與步驟 圖3-1 全橋性能實驗接線圖 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=350Ω。 2．從主控臺接入15V電源，檢查無誤后，合上主控臺電源開關，將差動放大器的輸入端Ui短接，輸出端Uo2接數顯電壓表（選擇2V檔），調節(jié)電位器Rw3，使電壓表顯示為0V。Rw

13、3的位置確定后不能改動，關閉主控臺電源。 3．按圖3-1接線，將受力不同的4只應變片接入電橋的鄰邊，接入電橋調零電位器Rw1，直流電源4V(從主控臺接入)，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，調節(jié)Rw1，使電壓表顯示為零。 4．在應變傳感器托盤上放置一只砝碼，調節(jié)Rw4，改變差動放大器的增益，使數顯電壓表顯示0.020V左右，讀取數顯表數值，保持Rw4不變，依次增加砝碼和讀取相應的數顯表值，直到200g砝碼加完，記錄實驗結果，填入下表3-1，關閉電源。 表3-1 重量(g) 電壓(mV)

14、 五、實驗報告 根據表3-1的實驗數據，計算靈敏度L=ΔU/ΔW，非線性誤差δf3 六、思考題 1．全橋測量中，當兩組對邊(R1、R3)電阻值相同時，即R1= R3, R2= R4,而R1≠R2時，是否可以組成全橋：(1)可以，(2)不可以。 答： 2．工程技術人員在進行材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應變片，如何利用這四片電阻應變片組成電橋，是否需要外加電阻。 圖3-2 應變式傳感器受拉時傳感器圓平面展開圖 傳 感 器 技 術 實 驗 報 告 院（系） 機械工程系 專業(yè)

15、 班級 姓 名 同組同學 實驗時間 2014 年 月 日，第 周，星期 第 節(jié) 實驗地點 單片機與傳感器實驗室 實驗臺號 實驗四 直流全橋的應用——電子稱實驗 一、實驗目的：了解直流全橋的應用及電路的定標 二、實驗儀器：同實驗一

16、 三、實驗原理： 電子稱實驗原理同實驗三的全橋測量原理，通過調節(jié)放大電路對電橋輸出的放大倍數使電路輸出電壓值為重量的對應值，電壓量綱（V）改為重量量綱（g）即成一臺比較原始的電子稱。 四、實驗內容與步驟 1．按實驗三的步驟1、2、3接好線并將電路調零。 2．將10只砝碼全部置于傳感器的托盤上，調節(jié)電位器Rw4（滿量程時的增益），使數顯電壓表顯示為0.200V（2V檔測量）。 3．拿去托盤上所有砝碼，觀察數顯電壓表是否顯示為0.00V，若不為0.00V，再次調節(jié)Rw4調零。 4．重復2、3步驟的定標過程，直到精確為止，把電壓量綱改為重量量綱即可以稱重。 5．將砝碼依次放到托盤上并讀取相應的數顯表值，直到200g砝碼加完，記錄實驗結果，填入下表，關閉電源。 表4-1 重量(g) 電壓(mV) 6．打開電源，根據定標結果，在電子秤上稱量幾樣自己的隨身物品（例如手機、鑰匙等）的重量，記錄實驗結果，填入下表，關閉電源。 表4-2 電壓(mV) 手機 鑰匙 重量(g)