實(shí)驗(yàn)一_金屬箔式應(yīng)變片實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：實(shí)驗(yàn)一、二、三 金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋?qū)嶒?yàn)臺(tái)號(hào)：專業(yè)：物聯(lián)網(wǎng)工程年級(jí)：2014 級(jí)班級(jí)：1班學(xué)生學(xué)號(hào)：ITT4004學(xué)生姓名：黃曾斌實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2016年 5 月20 日實(shí)驗(yàn)一金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和性能.基本原理金屬電阻絲在未受力時(shí)，原始電阻值為 R= pL/S。電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為：式中 R/R為電阻絲電阻的相對(duì)變化 ,K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，：-丄/L為電阻絲長(zhǎng)度 相對(duì)變化,金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻 、腐蝕等工藝制成

2、的應(yīng)變敏感元件 ，通過它轉(zhuǎn)換 被測(cè)部位的受力狀態(tài)變化，電橋的作用是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)。R R4 - R2 R3輸出電壓：ERiR2 R3R41. 單臂工作：電橋中只有一個(gè)臂接入被測(cè)量，其它三個(gè)臂采用固定電阻 ；輸出U O1 二 EK /4。2. 雙臂工作：如果電橋兩個(gè)臂接入被測(cè)量 ，另兩個(gè)為固定電阻就稱為雙臂工作電橋 ， 又稱為半橋形式;半橋電壓輸出Uo2 = EK；/2。3. 全橋方式：如果四個(gè)橋臂都接入被測(cè)量則稱為全橋形式。全橋電壓輸出 U O3 二 EK ；。CGQ-001實(shí)驗(yàn)?zāi)K、CGQ-013實(shí)驗(yàn)?zāi)K、應(yīng)變式傳感器、砝碼、電壓表、土 15

3、V電源、±4V電源、萬(wàn)用表（自備）。四.實(shí)驗(yàn)步驟1 根據(jù)圖1-1應(yīng)變式傳感器已裝于應(yīng)變傳感器模塊上。傳感器中各應(yīng)變片已接入模塊圖1-1應(yīng)變式傳感器安裝示意圖的左上方的BF1、BF2、BF3、BF4。加熱絲也接于模塊上，可用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量判別，Rbf1=Rbf2= R bf3= R bf4=350 Q,加熱絲阻值為 50 Q左右。2. 差放調(diào)零3. 電橋調(diào)零4. 在電子秤上放置一只砝碼，讀取電壓表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的電壓表值，直到200g砝碼加完。記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表1-1 ,關(guān)閉電源。表1-1 單臂電橋輸出電壓與加負(fù)載重量值重量(g)020406080100120140160

4、180200電壓(mv)01.53.04.56.07.59.010.812.51415.5回程測(cè)量電壓(mv)5. 根據(jù)表1-1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S, S=u/W ( U輸出電壓變化量W重量變化 量)計(jì)算線性誤差：r=Um/yF ?sx 100%，式中為輸出值(多次測(cè)量時(shí)為平均值) 與擬合直線的最大偏差：yF ?s滿量程輸出平均值，此處為200g測(cè)量出的電壓。由所得數(shù)據(jù)繪出單臂電橋的傳感器特性曲線如下(mv)y=0. O70S-O. 136363&3&363&3T(g)（i）計(jì)算系統(tǒng)靈敏度u=1.5mVW=20gS= Au/ W=0.075mV/g（2）計(jì)算非線性誤差：Am

5、 = （ 0+1.5+3.0+4.5+6.0+7.5+9.0+10.8+12.5+14+15.5） /1 仁7.67mVyFS=15.5mV3 1 = Am / yFS X100%=49.5%五.思考題單臂電橋時(shí)，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。答：正、負(fù)應(yīng)變片都可以，因?yàn)檎?fù)對(duì)單臂電橋的傳感器特性無(wú)影響實(shí)驗(yàn)二金屬箔式應(yīng)變片半橋性能實(shí)驗(yàn)一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋容^半橋與單臂電橋的不同性能，了解其特點(diǎn)。二. 基本原理不同受力方向的兩片應(yīng)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(dāng)兩片應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時(shí)，其橋路輸出電壓

6、U02=EK；/2。三. 需要器件與單元同實(shí)驗(yàn)一。四. 實(shí)驗(yàn)步驟1傳感器安裝同實(shí)驗(yàn)一。做實(shí)驗(yàn)（一）2的步驟，實(shí)驗(yàn)?zāi)K差動(dòng)放大器調(diào)零 （注意： 同時(shí)做實(shí)驗(yàn)一、二、三時(shí)，實(shí)驗(yàn)一調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器為零后 ，后面實(shí)驗(yàn)二、三不再調(diào)節(jié)差動(dòng) 放大器）。2.根據(jù)圖2-1接線。BF1、BF2為CGQ-013實(shí)驗(yàn)?zāi)K左上方的應(yīng)變片 ，注意BF2和BR 受力狀態(tài)相反，即將傳感器中兩片受力相反（一片受拉、一片受壓）的電阻應(yīng)變片作為電橋的相鄰邊。接入橋路電源土4V,調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器 RW1進(jìn)行橋路調(diào)零，實(shí)驗(yàn)步驟3、4 同實(shí)驗(yàn)一中4、5的步驟，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表 2-1，計(jì)算靈敏度 S=：u/AW，非線性誤差f2。表2-1半

7、橋測(cè)量時(shí)，輸出電壓與加負(fù)載重量值重量(g)020406080100120140160180200電壓(mv)03.06.09.012.015.018.021.024.027.030.0回程測(cè)量電壓(mv)由所得數(shù)據(jù)繪出半橋電橋的傳感器特性曲線如下y=0.15x0(1)計(jì)算系統(tǒng)靈敏度：u=3mV W=20gS= u/ ZW=0.15mV/g(2)計(jì)算非線性誤差： m= (0+3.0+6.0+9,0+12.0+15.0+18.0+21.0+24.0+27.0+30.0) /1仁 15mVyFS=30mV32 = m / yFS X100%=50%五.思考題1 .半橋測(cè)量時(shí)兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變

8、片接入電橋時(shí)，應(yīng)放在：(1 )對(duì)邊(2)鄰邊。答：鄰邊。2.橋路(差動(dòng)電橋)測(cè)量時(shí)存在非線性誤差，是因?yàn)椋?1)電橋測(cè)量原理上存在非線性(2)應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)是非線性的(3)調(diào)零值不是真正為零。答：電橋測(cè)量原理上存在非線性(g)(mv)實(shí)驗(yàn)三金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)了解全橋測(cè)量電路的優(yōu)點(diǎn)二. 基本原理全橋測(cè)量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，不同的接入鄰邊，?dāng)應(yīng)變片初始阻值：RbF1= RbF2= RbF3= RbF4，其變化值 ARbF1= ARbF2= ARbF3= ARbF4時(shí)，其橋路輸 出電壓Uo3=KE；。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到改善。三

9、. 需用器件和單元同實(shí)驗(yàn)一。四. 實(shí)驗(yàn)步驟1. 傳感器安裝同實(shí)驗(yàn)一。接入模塊電源土 15V從主控箱引入)，檢查無(wú)誤后，合上 主控箱電源開關(guān)。2 .根據(jù)圖3-2接線，實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)二相同。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表 3-1 ;進(jìn)行靈敏度和 非線性誤差計(jì)算。表3-1全橋輸出電壓與加負(fù)載重量值重量(g)020406080100120140160180200電壓(mv)06.012.018.124.130.036.042.048.154.160.0回程測(cè)量電壓(mv)由所得數(shù)據(jù)繪出全橋電橋的傳感器特性曲線如下(mv)y=0. 3OO191819181910x+0.0181616181618194(g)(1)計(jì)算

10、系統(tǒng)靈敏度Au=6mVA W=20gS= Au/ ZW=0.3mV/g（2）計(jì)算非線性誤差：Am= （ ） /1仁30.04mVyFS=60mV32 = Am / yFS X100%=50%五. 思考題1 .全橋測(cè)量中，當(dāng)兩組對(duì)邊（BF1、BF3為對(duì)邊）電阻值R相同時(shí)，即Rbf1= Rbf3 ,RbF2= R BF4，而RbF1 MRbF2時(shí)，是否可以組成全橋：（1 ）可以 （2）不可以。答：可以組成全橋電路。2. 某工程技術(shù)人員在進(jìn)行材料拉力測(cè)試時(shí)在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，如何利用這四片電阻應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻？圖3-1應(yīng)變式傳感器受拉時(shí)傳感器圓周面展開圖答：將這兩組應(yīng)變片按照兩個(gè)不同方向貼在棒材上，利用兩組不同的測(cè)量值即可組成個(gè)全路電橋，不需要外加電阻。實(shí)驗(yàn)四金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能