金屬箔式應(yīng)變片實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn) A 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨饘俨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：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： RRK 式中：RR為電阻絲電阻相對(duì)變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù),=L/L為電阻絲長度相對(duì)變化。金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，通過它轉(zhuǎn)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，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 Uo1= EK/4。三、需用器件與單元：主機(jī)箱(±4V、±15V、電壓表)、應(yīng)變式傳感

2、器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤、砝碼、4位數(shù)顯萬用表（自備）。圖1 應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)安裝、接線示意圖四、實(shí)驗(yàn)步驟：應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逭f明：實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腞1、R2、R3、R4為應(yīng)變片，沒有文字標(biāo)記的5個(gè)電阻符號(hào)下面是空的，其中4個(gè)組成電橋模型是為實(shí)驗(yàn)者組成電橋方便而設(shè)，圖中的粗黑曲線表示連接線。1、根據(jù)圖1應(yīng)變式傳感器（電子秤傳感器）已裝于應(yīng)變傳感器模板上。傳感器中4片應(yīng)變片和加熱電阻已連接在實(shí)驗(yàn)?zāi)０遄笊戏降腞1、R2、R3、R4和加熱器上。傳感器左下角應(yīng)變片為R1；右下角為R2；右上角為R3；左上角為R4。當(dāng)傳感器托盤支點(diǎn)受壓時(shí)，R1、R3阻值增加，R2、R4阻值減小，可用四位半數(shù)顯萬用進(jìn)行測量判別。

3、常態(tài)時(shí)應(yīng)變片阻值為350，加熱絲電阻值為50左右。安裝接線。 2、放大器輸出調(diào)零：將圖1實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎攵丝谝€暫時(shí)脫開，再用導(dǎo)線將兩輸入端短接(Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時(shí)針旋到底，再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)2圈)；將主機(jī)箱電壓表的量程切換開關(guān)打到2V檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3、應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)：拆去放大器輸入端口的短接線，將暫時(shí)脫開的引線復(fù)原(見圖1接線圖)。調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主機(jī)箱電壓表顯示為零；在應(yīng)變傳感器的托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到

4、200g（或500 g）砝碼加完。記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表1畫出實(shí)驗(yàn)曲線。表1重量(g)電壓(mv)4、根據(jù)表1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度SU/W（U輸出電壓變化量，W重量變化量）和非線性誤差，=m/yFS ×100式中m為輸出值（多次測量時(shí)為平均值）與擬合直線的最大偏差：yFS滿量程輸出平均值，此處為200g（或500g）。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。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)變片均可以。 實(shí)驗(yàn) B 金屬箔式應(yīng)變片半橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模罕容^半橋與單臂電橋的不同性能、了解其特點(diǎn)。二、基本原理：不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電

5、橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當(dāng)應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時(shí)，其橋路輸出電壓UO2EK2。三、需用器件與單元：主機(jī)箱、應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤、砝碼。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、將托盤安裝到應(yīng)變傳感器的托盤支點(diǎn)上。將實(shí)驗(yàn)?zāi)０宀顒?dòng)放大器調(diào)零：用導(dǎo)線將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系?#177;15v、插口與主機(jī)箱電源±15v、分別相連，再將實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械姆糯笃鞯膬奢斎肟诙探?Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時(shí)針旋到底，再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)2圈)；將主機(jī)箱電壓表的量程切換開關(guān)打到2V檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。圖2 應(yīng)變式傳感器半橋接

6、線圖2、拆去放大器輸入端口的短接線，根據(jù)圖2接線。注意R2應(yīng)和R3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。調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主機(jī)箱電壓表顯示為零；在應(yīng)變傳感器的托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。記下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表2畫出實(shí)驗(yàn)曲線，計(jì)算靈敏度S2UW，非線性誤差。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。表2重量電壓三、思考題：1、半橋測量時(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。2、橋路（差動(dòng)電橋）測量時(shí)存在非線性誤差，是因?yàn)椋海?）電橋測量原

7、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。實(shí)驗(yàn) C 金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私馊珮驕y量電路的優(yōu)點(diǎn)。二、基本原理：全橋測量電路中，將受力方向相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，相反的?yīng)變片接入電橋鄰邊。當(dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1R2R3R4，其變化值R1R2R3R4時(shí)，其橋路輸出電壓U03KE。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)二。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、將托盤安裝到應(yīng)變傳感器的托盤支點(diǎn)上。將實(shí)驗(yàn)?zāi)０宀顒?dòng)放大器調(diào)零：用導(dǎo)線將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系?#177;15v、插口與主機(jī)箱電源±15v、分別相連，再將實(shí)驗(yàn)?zāi)０?/p>

8、中的放大器的兩輸入口短接(Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時(shí)針旋到底，再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)2圈)；將主機(jī)箱電壓表的量程切換開關(guān)打到2V檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。圖31 全橋性能實(shí)驗(yàn)接線圖2、拆去放大器輸入端口的短接線，根據(jù)圖31接線。實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)二相同，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表3畫出實(shí)驗(yàn)曲線；進(jìn)行靈敏度和非線性誤差計(jì)算。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。表3重量電壓五、思考題：1、測量中，當(dāng)兩組對(duì)邊（R1、R3為對(duì)邊）電阻值R相同時(shí)，即R1R3，R2R4，而R1R2時(shí)，是否可以組成全橋：（1）可以（2）不可以。2某工程技術(shù)人員在進(jìn)行材料拉力測

9、試時(shí)在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，如圖32，如何利用這四片應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。圖32應(yīng)變式傳感器受拉時(shí)傳感器圓周面展開圖實(shí)驗(yàn)D 金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模罕容^單臂、半橋、全橋輸出時(shí)的靈敏度和非線性度，得出相應(yīng)的結(jié)論。二、基本原理：如圖4 （a）、（b）、（c） （a）單臂 （b）半橋 （c）全橋圖4 應(yīng)變電橋（a）、U0UU(R1R1)(R1R1R2)R4(R3R4)E （1R1R1）（1R1R1R2R2）（R4R3）（1R4R3）E設(shè)R1R2R3R4，且R1R11。U0(14)(R1R1)E所以電橋的電壓靈敏度:SU0(R1R1)kE(14)E(b)、同理:

10、U0(12)(R1R1)ES(12)E(C)、同理:U0(R1R1)E SE三、需用器件與單元：主機(jī)箱、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⑼斜P、砝碼。四、實(shí)驗(yàn)步驟：根據(jù)實(shí)驗(yàn)一、二、三所得的單臂、半橋和全橋輸出時(shí)的靈敏度和非線性度，從理論上進(jìn)行分析比較。闡述理由（注意：實(shí)驗(yàn)一、二、三中的放大器增益必須相同）。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。實(shí)驗(yàn) E 直流全橋的應(yīng)用電子秤實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈶?yīng)變直流全橋的應(yīng)用及電路的標(biāo)定。二、基本原理：數(shù)字電子秤實(shí)驗(yàn)原理如圖5，全橋測量原理。本實(shí)驗(yàn)只做放大器輸出UO實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)電路調(diào)節(jié)使電路輸出的電壓值為重量對(duì)應(yīng)值，電壓量綱（V）改為重量量綱（g）即成為一臺(tái)原始電子秤。圖5 數(shù)字電子稱原

11、理框圖三、需用器件與單元：主機(jī)箱、應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、砝碼。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、實(shí)驗(yàn)?zāi)０宀顒?dòng)放大器調(diào)零：將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系?#177;15v、插口與主機(jī)箱電源±15v、分別相連。用導(dǎo)線將實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械姆糯笃鲀奢斎肟诙探?Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時(shí)針旋到底，再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)2圈)；將主機(jī)箱電壓表的量程切換開關(guān)打到2V檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。按圖31直流全橋接線，合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)電橋平衡電位RW1，使數(shù)顯表顯示0.00V。2、將10只砝碼全部置于傳感器的托盤上，調(diào)節(jié)電位器RW3（增益即滿量程調(diào)節(jié)）使數(shù)顯表顯示為0.200V(2V檔測量)或0.2