金屬箔式應(yīng)變片實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆罩绷魅珮螂姌虻墓ぷ髟砑肮ぷ餍阅埽?shí)驗(yàn)儀器三、實(shí)驗(yàn)原理金屬的電阻表達(dá)式為：（1）當(dāng)金屬電阻絲受到軸向拉力F作用時(shí)，將伸長(zhǎng)，橫截面積相應(yīng)減小，電阻率因晶格變化等因素的影響而改變，故引起電阻值變化。對(duì)式（1）全微分，并用相對(duì)變化量來表示，則有： （2）若徑向應(yīng)變?yōu)椋娮杞z的縱向伸長(zhǎng)和橫向收縮的關(guān)系用泊松比表示為，因?yàn)?2（），則（2）式可以寫成： （3）式（3）為“應(yīng)變效應(yīng)”的表達(dá)式。稱金屬電阻的靈敏系數(shù)，從式（3）可見，受兩個(gè)因素影響，一個(gè)是（1+），它是材料的幾何尺寸變化引起的，另一個(gè)是，是材料的電阻率隨應(yīng)變引起的。對(duì)于金屬材料而言，以前者為主，則，對(duì)半導(dǎo)體，值主要是由電阻率相對(duì)變化所決定。實(shí)驗(yàn)也表明，在金屬絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻相對(duì)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。用應(yīng)變片測(cè)量受力時(shí)，將應(yīng)變片粘貼于被測(cè)對(duì)象表面上。在外力作用下，被測(cè)對(duì)象表面產(chǎn)生微小機(jī)械變形時(shí)，應(yīng)變片敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化。通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓或電流的變化，根據(jù)（3）式，可以得到被測(cè)對(duì)象的應(yīng)變值，而根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系： （4）可以測(cè)得應(yīng)力值σ。通過彈性敏感元件，將位移、力、力矩、加速度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換為應(yīng)變，因此可以用應(yīng)變片測(cè)量上述各量，從而做成各種應(yīng)變式傳感器。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1．應(yīng)變片的安裝位置如圖1-1所示，應(yīng)變式傳感器已裝在傳感器實(shí)驗(yàn)箱（一）上，傳感器中各應(yīng)變片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4，可用萬用表測(cè)量R1=R2=R3=R4=350Ω。圖1-1應(yīng)變式傳感器安裝示意圖圖1-1應(yīng)變式傳感器安裝示意圖圖1-2應(yīng)變式傳感器全橋?qū)嶒?yàn)接線圖2．把直流穩(wěn)壓電源接入“傳感器調(diào)理電路”實(shí)驗(yàn)掛箱，檢查無誤后，開啟實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板上的直流穩(wěn)壓電源開關(guān)，調(diào)節(jié)Rw3使之大致位于中間位置（Rw3為10圈電位器），再進(jìn)行差動(dòng)放大器調(diào)零，方法為：將差動(dòng)放大器的正、負(fù)輸入端與地短接，輸出端Uo2接直流電壓表，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳险{(diào)零電位器Rw4，使直流電壓表顯示為零，關(guān)閉直流穩(wěn)壓電源開關(guān)。（注意：當(dāng)Rw4的位置一旦確定，就不能改變。）3．按圖1-2接線，將受力相反(一片受拉，一片受壓)的兩只應(yīng)變片接入電橋的鄰邊，接入電橋調(diào)零電位器Rw1，直流電源±4V(從主控臺(tái)接入)，電橋輸出接到差動(dòng)放大器的輸入端Ui，檢查接線無誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，調(diào)節(jié)Rw1，使電壓表顯示為零。4．在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼，調(diào)節(jié)Rw3，改變差動(dòng)放大器的增益，使數(shù)顯電壓表顯示0.020V左右，讀取數(shù)顯表數(shù)值，保持Rw3不變，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，計(jì)下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入表1-1，關(guān)閉電源。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理表1-1電橋輸出電壓與所加負(fù)載重量值重量(g)20406080100120140160180200電壓(mV)19.639.058.978.898.6118.3137.8157.2176.7196.5重量(g)20406080100120140160180200電壓(mV)19.539.259.178.898.2117.8137.2156.8176.2195.8重量(g)20406080100120140160180200電壓(mV)19.438.859.078.797.8117.6137.0156.6176.4196.0對(duì)表哥數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，做出擬合直線圖如下：電壓（mV）重量（g）電壓（mV）重量（g）δf1=Δm/yFS×100％=3.7455/200×100％=1.87%實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在金屬絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻相對(duì)變化與軸向應(yīng)變成比例。實(shí)驗(yàn)中由于存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象、全橋電橋平衡問題以及應(yīng)變片貼合時(shí)存在的接觸問題與砝碼質(zhì)量偏差，無法避免實(shí)驗(yàn)誤差的產(chǎn)生。通過各種方法減系統(tǒng)誤差，我們可以認(rèn)為砝碼質(zhì)量與顯示的電壓值成正比例關(guān)系。利用應(yīng)變片這一特性，我們可以制造出電子實(shí)驗(yàn)心得通過本實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，使書本上學(xué)到的理論知識(shí)結(jié)合到實(shí)際，加深了我對(duì)金屬箔式應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)的理解，也讓我掌握了直流全橋電橋的工作原理。實(shí)驗(yàn)中我們兩個(gè)人既有分工，又有合作。如一個(gè)人操作，一個(gè)人記錄數(shù)據(jù)，而到了第二組數(shù)據(jù)時(shí)，則交換任務(wù)，這樣能讓我