試驗(yàn)一金屬箔式應(yīng)變片試驗(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)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)：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.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：AA工AS口、9門(mén)、'y=-+=s（2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

2、數(shù)，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)為固定電阻就稱為雙臂工作電橋，又稱為半橋形式；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)量則稱為全橋形式。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、±I5V電源、&V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、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=Rbf3=Rbf4=350Q,加熱絲阻值為50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(g)02

4、0406080100120140160180200電壓(mv)01.53.04.56.07.59.010.812.51415.5回程測(cè)里電壓(mv)5 .根據(jù)表1-1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S,S=Au/AW(Au輸出電壓變化量；AW重量變化量)計(jì)算線性誤差：6f1=Am/yF?sX100%,式中Am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)(g)（1）計(jì)算系統(tǒng)靈敏度Au=1.5mVAW=20gS=Au/AW=0.075mV/g（2）計(jì)算非線性誤差：Am=（0+1.5+3.0+4.5+6.0

5、+7.5+9.0+10.8+12.5+14+15.5）/11=7.67mVyFS=15.5mV8f1=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，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)1 .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)。2 .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Uo2=EKw/2。3 .需要器件與單元同實(shí)驗(yàn)一。4 .實(shí)驗(yàn)

6、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。BFBF2為CGQ-013實(shí)驗(yàn)?zāi)K左上方的應(yīng)變片，注意BF2和BFi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&V,調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器Rwi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/AW,非線性誤差if2。表2-1半橋測(cè)量時(shí)，輸出電壓與加負(fù)載重量值重量（g）0204060801001

7、20140160180200電壓（mv）03.06.09.012.015.018.021.024.027.030.0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如下:（mv）（g）（1）計(jì)算系統(tǒng)靈敏度：Au=3mVAW=20gS=Au/AW=0.15mV/g（2）計(jì)算非線性誤差：Am=（0+3.0+6.0+9,0+12.0+15.0+18.0+21.0+24.0+27.0+30.0）/11=15mVyFS=30mV8f2=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)

8、量時(shí)存在非線性誤差，是因?yàn)椋海?）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實(shí)驗(yàn)三金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實(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.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)叄煌慕尤豚忂?，?dāng)應(yīng)變片初始阻值：RBF1=RbF2=RBF3=RbF4,其變化值A(chǔ)RbF1=ARBF2=ARbF3=ARBF4時(shí)，其橋路輸出電壓Uo3=KE®o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.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。接入模塊電源小5V（從

9、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，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)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如下:（mv）(1)計(jì)算系統(tǒng)靈敏度：Au=6mVAW=20gS=Au/AW=0.3mV/g(2)計(jì)算非線性誤差：Am=(0+6.0+12.0+18,1+24.1+30.0+36.0+42.0+48.1+54.

10、1.0+60.0.0)/11=30.04mVyFS=60mV8f2=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RbF1=RbF3,RbF2=RbF4,而RbF1RbF2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