單臂半橋全橋傳感器實驗報告

10試驗一金屬箔式應變片――單臂電橋性能試驗一、試驗目的：了解金屬箔式應變片的應變效應，單臂電橋工作原理和性能。電阻絲在外力作用下發(fā)生氣械變形時，其電阻值發(fā)生變化，ΔR／R＝Kε，式中ΔR圖1-1 應變式傳感器安裝示意圖o1R為電阻絲電阻相對變化K為應變靈敏系數(shù)l/l為電阻絲長度相對變化金屬箔式應變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應變敏感元件，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的受力狀態(tài)。對單臂電橋輸出電壓U =圖1-1 應變式傳感器安裝示意圖o1應變式傳感器試驗模板、應變式傳感器－電子秤、砝碼、數(shù)顯表、±15V電源、±4V電源、萬用表〔自備。四、試驗步驟：1．依據(jù)圖〔1-1〕應變式傳感器〔電子秤〕已裝于應變傳感器模板上。傳感器中各應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，可用萬用表進展測量判別，R1＝R2＝R3＝R4＝350Ω50Ω左右。2．15V〔從主控臺引入，檢查無誤后，合上主控臺電源開關，RW3順時針調(diào)整大致到中間位置，再進展差動放大器調(diào)零，方法為將差放的正負輸入端與地短接，輸出端與主控臺面板上數(shù)顯表Vi相連，調(diào)整試驗模板上調(diào)零電位器RW4，使數(shù)顯表顯示為零〔數(shù)2V檔〔留意：當Rw4的位置一旦確定，就不能轉(zhuǎn)變。始終到做完試驗三為止。將應變式傳感器的其中一個電阻應變片R1〔R1〕接入電橋R5RR7接成直流電橋R5R6R7模塊內(nèi)已接好，接RW4〔從主控臺引入4地與±151-2RW1，使數(shù)顯表顯示為零。1-2應變式傳感器單臂電橋試驗接線圖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的數(shù)5001-1單臂電橋測量時，輸出電壓與加負載重量值重量(g)20406080100120140160180200電壓(mv)4813182227323741461-1S＝ΔU/ΔW〔ΔU輸出電壓變化量，ΔW重量變化量〕和非線性誤差δf1=Δm/yF·S×100％式中Δm為輸出值〔屢次測量時為平均值〕與擬合直線的最大偏差：F·S200g〔500>>t=[20406080100120140160180200];>>r=[481318222732374146];>>aa=polyfit(t,r,1);>>a=aa(1),b=aa(2),a=0.2352b=-1.0667>>symsT,R=a*T+bR=194/825*T-300239975158037/281474976710656>>y=polyval(aa,t);>>plot(t,r,”r*”),>>holdon,plot(t,y,”b-”),holdoff>>legend(”數(shù)據(jù)點〔ri,Ri〕”,”擬合直線R=a*T+b”),>>xlabel(”x”),ylabel(”y”),>>title(”數(shù)據(jù)點〔ri,Ri〕和擬合直線R=T*a+b的圖形”)靈敏度計算ysx

yx表示輸入變化量U在此題中sW

UW表示重量變化量。W20g，U 4mv,U 5mv,U 5mv,U 4mv,U 5mv,U 5mv,U 5mv,U 4mv,U 5mv1 2 3 4 5 6 7 8 9s 0.2mv/g,s1

0.25mv/g,s3

0.25mv/g,s4

0.2mv/g,s5

0.25mv/g,s 0.25mv/g,s6

0.25mv/g,s8

0.2mv/g,s9

0.25mv/gs=0.2333mv/g非線性度的計算>>x=[20406080100120140160180200];>>y=[481318222732374146];>>a=(20+40+60+80+100+120+140+160+180+200)/10a=110>>b=(4+8+13+18+22+27+32+37+41+46)/10b=24.8000>>w=((4)^2+(8)^2+(13)^2+(18)^2+(22)^2+(27)^2+(32)^2+(37)^2+(41)^2+(46)^2)/10w=797.6000>>v=(20^2+40^2+60^2+80^2+100^2+120^2+140^2+160^2+180^2+200^2)/10v=15400>>t=(20*6+40*11-60*14+80*20+100*24+120*30+140*36+160*43+180*49+200*56)/10t=3926>>%非線性度Y>>Y=(t-a*b)/sqrt((v-a^2)*(w-b^2))Y=1.5435擬合度計算>>[p,S]=polyfit(x,y,1)p=0.2352 -1.0667S=R:[2x2double]df:8normr:0.9079>>[p,S,mu]=polyfit(x,y,1)p=14.2391 24.8000S=R:[2x2double]df:8normr:0.9079mu=110.000060.5530>>SSy=255.8900>>RSS=2.1855>>i=(SSy-RSS)/SSyi=0.9915求得擬合度五、思考題：〔1〕正〔受拉〕應變片〔負〔受壓〕應變片〔3〕正、負應變片均可以。試驗二金屬箔式應變片――半橋性能試驗一、試驗目的：比較半橋與單臂電橋的不同性能、了解其特點。二、根本原理：不同受力方向的兩只應變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸出U02＝EKε／2。三、需用器件與單元：同試驗一。

2-1應變式傳感器半橋試驗接線圖傳感器安裝同試驗一。做試驗〔一〕的步驟2，試驗模板差動放大器調(diào)零。2-1接線。R1、R2為試驗模板左上方的應變片，留意R2應和R1受力狀態(tài)相反，馬上傳感器中兩片受力相反〔一片受拉、一片受壓〕的電阻應變片作為電橋的相鄰邊。接入橋路電源±4VRW1進展橋路調(diào)零，試驗步驟3、44、5的步驟，將試驗數(shù)據(jù)記入表2-1，計算靈敏S2＝U／Wδf2R2R1為一樣受力狀態(tài)應變片，應更換另一個應變片。2-1半橋測量時，輸出電壓與加負載重量值重量(g)20406080100120140160180200電壓〔mv)-9-18-27-36-46-55-64-73-83-92結合MATLAB相關學問代碼和作圖>>t=[20406080100120140160180200];>>r=[-9-18-27-36-46-55-64-73-83-92];>>aa=polyfit(t,r,1);>>a=aa(1),b=aa(2),a=-0.4621b=0.5333>>symsT,R=a*T+bR=-61/132*T+1202359900632211/2251799813685248>>y=polyval(aa,t);>>plot(t,r,”r*”),>>holdon,plot(t,y,”b-”),holdoff>> legend(”數(shù)據(jù)點〔ri,Ri〕”,”R=a*T+b”),>> xlabel(”x”),ylabel(”y”),>>title(”數(shù)據(jù)點〔ri,Ri〕和擬合直線R=T*a+b的圖形”)試驗二與試驗一得靈敏度、擬合度、非線性度的計算方法一樣可以求得五、思考題：1．半橋測量時兩片不同受力狀態(tài)的電阻應變片接入電橋時，應放在〔1〕對邊〔2〕鄰邊。2．橋路〔差動電橋〕測量時存在非線性誤差，是由于〔1〕非線性〔2〕應變片應變效應是非線性的〔3〕調(diào)零值不是真正為零。試驗三金屬箔式應變片――全橋性能試驗一、試驗目的：了解全橋測量電路的優(yōu)點。二、根本原理：全橋測量電路中，將受力性質(zhì)一樣的兩應變片接入電橋?qū)＝R2＝3＝4R1＝R2＝ΔR3＝ΔR4U03＝KEε。其輸出靈敏度比半橋又提高了一三、需用器件和單元：同試驗一四、試驗步驟：傳感器安裝同試驗一。3-1；進展靈敏度和非線性誤差計算。圖3-1全橋性能試驗接線圖3-1全橋測量時，輸出電壓與加負載重量值重量(g)20406080100120140160180200電壓(mv)-18.7-38.1-57.5-76.6-95.8-114.5-134.1-153.2-173.5-190.9MATLAB中進展一元線性擬合，代碼及圖形如下：x=[20406080100120140160180200];>>y=[-18.7-38.1-57.5-76.6-95.8-114.5-134.1-153.2-173.5-190.9];>>p=polyfit(x,y,1);>>Y=polyval(p,x);plot(x,y,”*”,x,Y),xlabel(”重量(g)”),ylabel(”電壓(mv)”)>>對此組數(shù)據(jù)進展靈敏度的計算ysx

yx表示輸入變化量U在此題中sW

=[(190.9-18.7)/9]/20=0.957mv/g非線性度的計算>>x=[20406080100120140160180200];>>y=[-18.7-38.1-57.5-76.6-95.8-114.5-134.1-153.2-173.5-190.9];>>a=(20+40+60+80+100+120+140+160+180+200)/10a=110>>b=(18.7+38.1+57.5+76.6+95.8+114.5+134.1+153.2+173.5+190.9)/10b=105.2900>>w=((-18.7)^2+(-38.1)^2+(-57.5)^2+(-76.6)^2+(-95.8)^2+(-114.5)^2+(-134.1)^2+(-153.2)^2+(-173.5)^2+(-190.9)^2)/10w=1.4126e+004>>v=(20^2+40^2+60^2+80^2+100^2+120^2+140^2+160^2+180^2+200^2)/10v=15400>>t=(20*18.7+40*38.1+60*57.5+80*76.6+100*95.8+120*114.5+140*134.1+160*153.2+180*173.5+200*190.9)/10t=1.4749e+004>>%非線性度Y>>Y=(t-a*b)/sqrt((v-a^2)*(w-b^2))Y=1非線性度參數(shù)γ總是在0和1之間。越接近于1，數(shù)據(jù)的線形越好。此題目中，γ已經(jīng)很接近于1，這說明各數(shù)據(jù)點很好地在一條直線上。非線性度參數(shù)γ總是在0和1之間。越接近于1，數(shù)據(jù)的線形越好。此題目中，γ已經(jīng)很接近于1，這說明各數(shù)據(jù)點很好地在一條直線上。試驗四直流全橋的應用――電子秤試驗一、試驗目的：了解應變直流全橋的應用及電路的標定。二、根本原理：電子秤試驗原理為試驗三，全橋測量原理，通過對電路調(diào)整〔g〕即成為一臺原始電子秤。三、需用器件與單元：應變式傳感器試驗模板、應變式傳感器、砝碼。四、試驗步驟：2的步驟，將差動放大器調(diào)零，按圖3-1全橋接線，合上主控臺10RW3〔增益即滿量程調(diào)節(jié)〕0.200V(2V檔測量)或－0.200V。

0.000V。重復2、3步驟的標定過程，始終到準確為止，把電壓量綱Vg，就可以稱重。成為一臺原始的電子秤。4-1。4-1全橋測量時，輸出電壓與加負載重量值重量(g)20406080100120140160180200電壓(mv)-19.7-40.0-60.0-79.9--99.9120.1140.1160.1180.0199.9在MATLAB 中進展一元線性擬合，代碼及圖形如下：x=[20406080100120140160180200];>>y=[-19.7-40.0-60.0-79.9-99.9-120.1-140.1-160.1-180.0-199.9];>>p=polyfit(x,y,1);>>Y=polyval(p,x);plot(x,y,”*”,x,Y),xlabel(”重量(g)”),ylabel(”電壓(mv)”)依據(jù)上表，計算誤差與非線性誤差。平均確定誤差>>s=(abs(19.7-20)+abs(40.0-40)+abs(60.0-60)+abs(79.9-80)+abs(99.9-100)+abs(120.1-120)+abs(140.1-140)+abs(160.1-160)+abs(180.0-180)+abs(199.9-200))/10s=0.0900平均相對誤差d=s/20*100d=0.45000.45%非線性誤差計算>>S=abs(19.7-20)/200S=0.0015非線性誤差為0.15%試驗五電容式傳感器的位移試驗一、試驗目的：了解電容式傳感器構造及其特點。C＝εA／d和其它構造的關系式通過相應的構造ε、A、d中三個參數(shù)中，保持二個參數(shù)不變，而只轉(zhuǎn)變其中一個參數(shù)，則可以有測谷物枯燥度〔ε變〕測微小位移〔變d〕和測量液位〔A〕等多種電容傳感器。檢波、濾波模板、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源。5-1CX1CX2時，留意動極板接地，接法正確則動極板左右移動時，有正、負輸出。不然得123號引線。5-1傳感器位移試驗接線圖將電容傳感器試驗模板的輸出端Vo1與數(shù)顯表單元Vi相接〔插入主控箱Vi孔Rw調(diào)整到中間位置?！?5V0.2mmX5-1。X(mm)V(mv)5-1X(mm)V(mv)5-1S。MATLAB中進展一元線性擬合，代碼及圖形如下：x=[0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.8];>>y=[-1480-1468-1453-1433-1418-1399-1381-1367-1352-1334];>>p=polyfit(x,y,1);>>Y=polyval(p,x);plot(x,y,”*”,x,Y),xlabel(”位移(mm)”),ylabel(”輸出電壓(mv)”)>>對此組數(shù)據(jù)進展靈敏度的計算ysx

yx表示輸入變化量U在此題中sX

UX表示位移變化量。X0.2mmU 12mv,U1 2U 15mv,U8

15mv,U318mv

20mv,U4

15mv,U5

9mv,U6

18mv,U7

14mv,s 60mv/mm,s1

75mv/mm,s3

100mv/mm,s4

75mv/