傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

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傳感器原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)報(bào)

告

實(shí)驗(yàn)一金屬箔式應(yīng)變片——單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，并掌握單臂電橋工作原理和性能。

二、基本原理:

1、應(yīng)變片的電阻應(yīng)變效應(yīng)

所謂電阻應(yīng)變效應(yīng)是指具有規(guī)則外形的金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)變而其電阻值也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)地改變，這一物理現(xiàn)象稱為“電阻應(yīng)變效應(yīng)”。以圓柱形導(dǎo)體為例：設(shè)其長為：L、半徑為r、材料的電阻率為ρ時(shí)，根據(jù)電阻的定義式得

R??L/A??L/(?r^2)（1—1）

當(dāng)導(dǎo)體因某種原因產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，其長度L、截面積A和電阻率ρ的變化為dL、dA、dρ相應(yīng)的電阻變化為dR。對(duì)式（1—1）全微分得電阻變化率dR/R為：dR/R?dL/L?2dr/r?d?/?（1—2）

式中：dL/L為導(dǎo)體的軸向應(yīng)變量εL;dr/r為導(dǎo)體的橫向應(yīng)變量εr。由材料力學(xué)得：εL=-μεr(1—3)，式中：μ為材料的泊松比，大多數(shù)金屬材料的泊松比為0.3～0.5左右；負(fù)號(hào)表示兩者的變化方向相反。將式（1—3）代入式（1—2）得：dR/R?(1?2?)??d?/?（1—4）式（1—4）說明電阻應(yīng)變效應(yīng)主要取決于它的幾何應(yīng)變（幾何效應(yīng)）和本身特有的導(dǎo)電性能（壓阻效應(yīng)）。2、應(yīng)變靈敏度

它是指電阻應(yīng)變片在單位應(yīng)變作用下所產(chǎn)生的電阻的相對(duì)變化量。金屬導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏度K：主要取決于其幾何效應(yīng)；可取dR/R?(1?2?)?（1—5）

其靈敏度系數(shù)為：dR/(?R)?(1?2?)

K?dR/(?R)?(1?2?)

金屬導(dǎo)體在受到應(yīng)變作用時(shí)將產(chǎn)生電阻的變化，拉伸時(shí)電阻增大，壓縮時(shí)電阻減小，且與其軸向應(yīng)變成正比。金屬導(dǎo)體的電阻應(yīng)變靈敏度一般在2左右。3、箔式應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)

金屬箔式應(yīng)變片是在用苯酚、環(huán)氧樹脂等絕緣材料的基板上，粘貼直徑為0.025mm左右的金屬絲或金屬箔制成，如圖1—1所示。

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，與絲式應(yīng)變片工作原理相同。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：ΔR／R＝Kε式中：ΔR／R為電阻絲電阻相對(duì)變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù),ε=ΔL/L為電阻絲長度相對(duì)變化。4、箔式應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)原理圖

對(duì)單臂電橋輸出電壓U01=EKε/4。

三、需用器件與單元：應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、?yīng)變式傳感器、砝碼、數(shù)顯表、±15V電源、±4V電源、萬用表(自備)。四、實(shí)驗(yàn)步驟：

1、根據(jù)圖(1-3)應(yīng)變式傳感器已裝于應(yīng)變傳感器模板上。傳感器中各應(yīng)變片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加熱絲也接于模板上，可用萬用表進(jìn)行測(cè)量判別，R1=R2=R3=R4=350Ω，加熱絲阻值為50Ω左右。

2、接入模板電源±15V(從主控箱引入)，檢查無誤后，合上主控箱電源開關(guān)，將實(shí)驗(yàn)?zāi)０逭{(diào)節(jié)增益電位器Rw3順時(shí)針調(diào)節(jié)大致到中間位置，再進(jìn)行差動(dòng)放大器調(diào)零，方法為將差放的正、負(fù)輸入端與地短接，輸出端與主控箱面板上數(shù)顯表電壓輸入端Vi相連，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳险{(diào)零電位器RW4，使數(shù)顯表顯示為零(數(shù)顯表的切換開關(guān)打到2V檔)。關(guān)閉主控箱電源。

3、將應(yīng)變式傳感器的其中一個(gè)應(yīng)變片R1(即模板左上方的R1)接入電橋作為一個(gè)橋臂與R5、R6、R7接成直流電橋(R5、R6、R7模塊內(nèi)已連接好)，接好電橋調(diào)零電位器Rw1，接上橋路電源±4V(從主控箱引入)如圖1-4所示。合上主控箱電源開關(guān)。調(diào)節(jié)Rw1。

4、在電子稱上放置一只砝碼，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砝碼加完。記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表，關(guān)閉電源。5、根據(jù)表計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S，S=Δu/ΔW(Δu輸出電壓變化量；

ΔW重量變化量)計(jì)算線性誤差：δf1=Δm/yF·S×100%式中Δm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。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

重量(g)0電(mv)壓0203.1406.2609.38010012014016018020012.515.618.722.025.228.431.