實(shí)驗(yàn)一金屬箔式應(yīng)變片實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、廈門(mén)大學(xué)嘉庚學(xué)院傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)工程：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(zhuān)業(yè)：物聯(lián)網(wǎng)工程年級(jí)：2021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：2021年5月20日實(shí)驗(yàn)一金屬箔式應(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.根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：AA工AS口、9門(mén)、'y=-+=s2聲白十邙1+2*KsRLEpp式中AR/R為電阻絲電阻的相對(duì)變化,K為應(yīng)變靈敏系數(shù),

2、6=AL/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(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件,通過(guò)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).輸出電壓:UR1R4-R2R3E°-RiR2R3R41 .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UO1=EK君/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(chēng)為雙臂工作電橋,又稱(chēng)為半橋形式；半橋電壓輸出U02=EK；/2.3 .全橋方式：如果四個(gè)橋臂都接入被測(cè)量那么稱(chēng)為全橋形式.全橋電壓輸出三.需用器件與單元CGQ-001實(shí)驗(yàn)?zāi)K、CGQ-

3、013實(shí)驗(yàn)?zāi)K、應(yīng)變式傳感器、祛碼、電壓表、土15V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)變片已接入模塊的圖1-1應(yīng)變式傳感器安裝示意圖左上方的BF、BF2、BR、BF4.加熱絲也接于模塊上,可用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量判別,Rf1=Rf2=Rf3=Rf4=350Q,加熱絲阻值為50a左右.2 .差放調(diào)零3 .電橋調(diào)零4 .在電子秤上放置一只祛碼,讀取電壓表數(shù)值,依次增加祛碼和讀取相應(yīng)的電壓表值,直到200g祛碼加完.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g020406080100120

4、140160180200電壓mV01.53.04.56.07.59.010.812.51415.5回程測(cè)里電壓mv5 .根據(jù)表1-1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S,S=&u/AWAu輸出電壓變化量；AW重量變化量計(jì)算線(xiàn)性誤差：6f1=Am/yF?sx100%式中Am為輸出值屢次測(cè)量時(shí)為平均值與擬合直線(xiàn)的最大偏差：yf?s滿(mǎn)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(xiàn)如下mv(g)1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度Au=1.5mVAW=20gS=Au/AW=0.075mV/g2計(jì)算非線(xiàn)性誤差：Am=0+1.5+3.0+4.5+6.0+7.5+9.0+10.8+12.5+14+15.

5、5/11=7.67mVyFS=15.5mV6 f1=Am/yFSX100%=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,由于正負(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)變片一一半橋性能實(shí)驗(yàn)1 .實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋葦M半橋與單臂電橋的不同性能,了解其特點(diǎn).2 .根本原理不同受力方向的兩片應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊,電橋輸出靈敏度提升,非線(xiàn)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Uq=EKw/2.3 .需要器件與單元同實(shí)驗(yàn)一.4 .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)

6、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(xiàn).BFi、BF2為CGQ-013實(shí)驗(yàn)?zāi)K左上方的應(yīng)變片,注意BE和BF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±4V,調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器Rw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=Au/4W,非線(xiàn)性誤差6f2o表2-1半橋測(cè)量時(shí),輸出電壓與加負(fù)載重量值重量g020406080100120140160180200電壓mV03.06.09.012.015.018.02

7、1.024.027.030.0回程測(cè)里電壓mV由所得數(shù)據(jù)繪出半橋電橋的傳感器特性曲線(xiàn)如下:mvg1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度：Au=3mVAW=20gS=Au/AW=0.15mV/g2計(jì)算非線(xiàn)性誤差：Am=0+3.0+6.0+9,0+12.0+15.0+18.0+21.0+24.0+27.0+30.0/11=15mVyFS=30mVSf2=Am/yFSX100%=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(xiàn)性誤差,是由于：1電橋測(cè)量原理上存在非線(xiàn)性2應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)是非線(xiàn)性的3調(diào)零值不是真正為零.答：電橋測(cè)量原理上存

8、在非線(xiàn)性實(shí)驗(yàn)三金屬箔式應(yīng)變片一一全橋性能實(shí)驗(yàn)一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馊珮驕y(cè)量電路的優(yōu)點(diǎn).二.根本原理不同的接入鄰邊,當(dāng)應(yīng)變?nèi)珮驕y(cè)量電路中,將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?片初始阻值：RbF1=RbF2=RBF3=RbF4,其變化值A(chǔ)RbF1=ARbF2=ARbF3=ARf4時(shí),其橋路輸出電壓U3=KEw.其輸出靈敏度比半橋又提升了一倍,非線(xiàn)性誤差和溫度誤差均得到改善.三.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(kāi)關(guān).2 .根據(jù)圖3-2接線(xiàn),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(xiàn)性誤差計(jì)算.表

9、3-1全橋輸出電壓與加負(fù)載重量值重量g020406080100120140160180200電壓mv06.012.018.124.130.036.042.048.154.160.0回程測(cè)里電壓mv由所得數(shù)據(jù)繪出全橋電橋的傳感器特性曲線(xiàn)如下:m3(g)(1)計(jì)算系統(tǒng)靈敏度：Au=6mVAW=20gS=Au/AW=).3mV/g(2)計(jì)算非線(xiàn)性誤差：Am=(0+6.0+12.0+18,1+24.1+30.0+36.0+42.0+48.1+54.1.0+60.0.0)/11=30.04mVyFS=60mVSf2=Am/yFSX100%=50%五.思考題1 .全橋測(cè)量中,當(dāng)兩組對(duì)邊BFi、BF3為對(duì)邊電阻值R相同時(shí),即Bf=RbF3,RbF2=RBf4,而RbfiWRbf2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(kāi)圖答：將這兩組應(yīng)變片根據(jù)兩個(gè)不同方向貼在棒材上,利用兩組不同的測(cè)量值即可組成一個(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、全橋性能比擬