電阻應(yīng)變片傳感器實驗課件

電阻應(yīng)變式傳感器傳感器

傳感器是將電子系統(tǒng)無法處理的外界物理量轉(zhuǎn)換為電信號的主要器件。對于測量與控制系統(tǒng)來說，傳感器是構(gòu)成對外界物理量加以檢測的前端器件；傳感器是系統(tǒng)感知外界信息的“五官”和系統(tǒng)內(nèi)部工作的“神經(jīng)”。傳感器是實現(xiàn)信息化的基礎(chǔ)技術(shù)之一，在當代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中占有十分重要的地位。傳感器已廣泛應(yīng)用于國防、環(huán)保、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、日常生活等所有領(lǐng)域，并伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步而不斷發(fā)展。

一、實驗?zāi)康?)了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，電橋工作原理、基本結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；2)研究和比較單臂、半橋、全橋的靈敏度和特性，得出相應(yīng)結(jié)論

。二、實驗儀器

CSY系列傳感器系統(tǒng)實驗儀，直流穩(wěn)壓源，金屬箔式應(yīng)變片，直流調(diào)平衡電位器，雙平行式懸臂梁，螺旋測微頭，差動放大器，數(shù)字電壓表。

又可以表示為：ΔR/R＝K

上式即為電阻應(yīng)變效應(yīng)的表達式。式中:ΔR/R為電阻絲電阻相對變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù),受兩個因素影響，一個是材料的幾何尺寸變化引起的，另一個是材料的電阻率隨應(yīng)變引起的（稱“壓阻效應(yīng)”）。對于金屬材料而言，以前者為主，實驗也表明，在金屬絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻相對變化與軸向應(yīng)變成比例。通常金屬絲的靈敏系數(shù)=2左右。=ΔL/L為電阻絲長度相對變化。

金屬箔式應(yīng)變片是通過光刻、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)。本實驗以金屬應(yīng)變梁作為產(chǎn)生應(yīng)變的彈性體，應(yīng)變采用雙平行梁結(jié)構(gòu)，平行梁上梁的上表面和下梁的下表面對應(yīng)地貼有八片應(yīng)變片，受力工作片分別用符號和表示。其中六片為金屬箔式片（BHF-350）。橫向所貼的兩片為溫度補償片，用符號和表示。片上標有“BY”字樣的為半導(dǎo)體式應(yīng)變片，梁的頂端裝有一位移平臺，位移平臺上方裝有一測微頭，旋動測微頭，可使位移平臺上下位移，使應(yīng)變梁彎曲變形，粘貼在梁上的電阻應(yīng)變片也隨之變形，使電阻應(yīng)變片的電阻值產(chǎn)生變化,將這些應(yīng)變片組成電橋，就可測得應(yīng)變片的電阻值產(chǎn)生的變化，就可測得應(yīng)變橋路的輸出特性，即電橋輸出電壓?V(mv)與位移?

X(mm)的函數(shù)關(guān)系：V=f(x)本實驗以金屬應(yīng)變梁作為產(chǎn)生應(yīng)變的彈性體，應(yīng)變采用雙平行梁結(jié)構(gòu)，平行梁上梁的上表面和下梁的下表面對應(yīng)地貼有八片應(yīng)變片，受力工作片分別用符號和表示。其中六片為金屬箔式片（BHF-350）。橫向所貼的兩片為溫度補償片，用符號和表示。片上標有“BY”字樣的為半導(dǎo)體式應(yīng)變片，梁的頂端裝有一位移平臺，位移平臺上方裝有一測微頭，旋動測微頭，可使位移平臺上下位移，使應(yīng)變梁彎曲變形，粘貼在梁上的電阻應(yīng)變片也隨之變形，使電阻應(yīng)變片的電阻值產(chǎn)生變化,將這些應(yīng)變片組成電橋，就可測得應(yīng)變片的電阻值產(chǎn)生的變化，就可測得應(yīng)變橋路的輸出特性，即電橋輸出電壓?V(mv)與位移?

X(mm)的函數(shù)關(guān)系：V=f(x)本實驗以金屬應(yīng)變梁作為產(chǎn)生應(yīng)變的彈性體，應(yīng)變采用雙平行梁結(jié)構(gòu)，平行梁上梁的上表面和下梁的下表面對應(yīng)地貼有八片應(yīng)變片，受力工作片分別用符號和表示。其中六片為金屬箔式片（BHF-350）。橫向所貼的兩片為溫度補償片，用符號和表示。片上標有“BY”字樣的為半導(dǎo)體式應(yīng)變片，梁的頂端裝有一位移平臺，位移平臺上方裝有一測微頭，旋動測微頭，可使位移平臺上下位移，使應(yīng)變梁彎曲變形，粘貼在梁上的電阻應(yīng)變片也隨之變形，使電阻應(yīng)變片的電阻值產(chǎn)生變化,將這些應(yīng)變片組成電橋，就可測得應(yīng)變片的電阻值產(chǎn)生的變化，就可測得應(yīng)變橋路的輸出特性，即電橋輸出電壓?V(mv)與位移?

X(mm)的函數(shù)關(guān)系：V=f(x)測量電路

應(yīng)變片測量應(yīng)變是通過敏感柵的電阻相對變化而得到的。由于機械應(yīng)變一般都很小,通常金屬電阻應(yīng)變片靈敏度系數(shù)K也很小，電阻的相對變化也很小的。用一般測量電阻的儀表很難直接測出來，必須用專門的電路來測量這種微弱的電阻變化。同時，要把電阻相對的變化△R/R轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，因此，需要設(shè)計專用的測量電路，最常用的電路為電橋電路。

電橋為單臂工作狀態(tài)，即R1為應(yīng)變片，其余橋臂均為固定電阻。當R1感受應(yīng)變產(chǎn)生電阻增量?R1時，由于?R1<<R1，電橋輸出電壓通過對上式微分得:由此可知，當電源電壓U和電阻相對變化一定時，電橋的輸出電壓及其靈敏度也是定值，且與各橋臂阻值大小無關(guān)。43U0

半橋時，R1、R2為應(yīng)變片電阻，若使一個應(yīng)變片受拉，一個受壓，則應(yīng)變符號相反；測試時，將兩個應(yīng)變片接入電橋的相鄰臂上，增量電阻為?R1、?R2，R3和R4為固定電阻R，同理可得：可見半橋的輸出比單臂電橋增大一倍，可提高測量靈敏度。R4R3U0全橋時，R1=R2=R3=R4=R，都是應(yīng)變片，而且?R1=?R3=?R，?R2=?R4=-?R，此時電橋電壓輸出為：R4-?R4R3+?R3以彈性梁的水平狀態(tài)下電路輸出電壓為零為測量起點，轉(zhuǎn)動測微頭，使彈性梁向下彎曲。每向下移動0.500mm記錄一個差動放大器的輸出電壓，直到向下移動了5.000mm。記錄數(shù)據(jù)；

將平行式懸臂梁調(diào)至水平（目測）。測微頭起始點的合適位置是能向上、向下移動5mm；根據(jù)圖接線R2、R3、

R4

為電橋單元的固定電阻。R1為應(yīng)變片；將穩(wěn)壓電源的切換開關(guān)置±4V擋，F(xiàn)／V表置20V擋。開啟電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的WD,使F／V表顯示為零，等待數(shù)分鐘后將電壓/頻率表置2V擋，再調(diào)電橋WD（慢慢地調(diào)），使電壓/頻率表顯示為零。2)連接電路

然后沿反方向轉(zhuǎn)動測微頭至開始輸出電壓為零的測量起點處。靜等2分鐘后記錄電壓表的讀數(shù)和符號.再次調(diào)節(jié)WD使差動放大器的輸出電壓為“0”。導(dǎo)線的拔插機械滯后

向上轉(zhuǎn)動測微頭，使彈性梁向上彎曲,每向上移動0.500mm記錄一次輸出電壓值，直到測微頭向上移動5.000mm

。計算應(yīng)變片向下和向上移動時的靈敏度S=ΔV/ΔX，并畫出向下和向上運動時V-X關(guān)系曲線。注意:由于對位移測量時，測微頭要從水平位置→正的最大值→回復(fù)到零，水平位置→負的最大值，容易造成零點偏移。因此在計算靈敏度時可以將正的的靈敏度與負的的靈敏度分別計算，再求其平均值?！咀⒁馐马棥?．在更換應(yīng)變片時應(yīng)將電源關(guān)閉。2．在