东南大学检测技术第1次实验报告.docx
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《传感器技术·检测技术》实验报告学号
东南大学
《传感器技术·检测技术》
实验报告
实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
实验二金属箔式应变片——半桥性能实验
实验三金属箔式应变片——全桥性能实验
实验五差动变压器的性能实验
院（系）：
自动化专业：
自动化
姓名：
学号：
实验室：
常州楼5楼实验时间：
2016年11月17日
评定成绩：
审阅教师：
目录
实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
一、实验目的·······················································4
二、基本原理·······················································4
三、实验器材·······················································4
四、实验步骤·······················································5
五、实验数据处理···················································6
六、思考题·························································7
实验二金属箔式应变片——半桥性能实验
一、实验目的·······················································8
二、基本原理·······················································8
三、实验器材·······················································8
四、实验步骤·······················································8
五、实验数据处理···················································9
六、思考题·························································10
实验三金属箔式应变片——全桥性能实验
一、实验目的·······················································11
二、基本原理·······················································11
三、实验器材·······················································11
四、实验步骤·······················································11
五、实验数据处理···················································12
六、思考题·························································12
实验五差动变压器的性能实验
一、实验目的·······················································16
二、基本原理·······················································16
三、实验器材·······················································16
四、实验步骤·······················································16
五、实验数据处理···················································19
六、思考题·························································21
设计思考
1、设计原理·······················································21
2、设计框图·······················································21
3、电路设计·······················································21
实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
一、实验目的
了解金属箔式应变片的应变效应及单臂电桥工作原理和性能。
二、基本原理
1、电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应。
2、描述电阻应变效应的关系式为：
ΔR／R＝Kε式中：
ΔR／R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=ΔL/L为电阻丝长度相对变化。
3、金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它反映被测部位受力状态的变化。
电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。
单臂电桥输出电压Uo1=EKε/4。
三、实验器材
主机箱（±4V、±15V、电压表）、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。
图2.1应变传感器安装示意图
1、如图2-1，将托盘安装到应变传感器的托盘支点上，应变式传感器（电子秤传感器）已安装在应变传感器实验模板上。
传感器左下角应变片为R1，右下角为R2，右上角为R3，左上角为R4。
当传感器托盘支点受压时，R1、R3阻值增加，R2、R4阻值减小。
2、如图2-2，应变传感器实验模板中的R1、R2、R3、R4为应变片。
没有文字标记的5个电阻是空的，其中4个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设的。
3、传感器中4片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、R2、R3、R4和加热器上。
可用万用表进行测量判别，常态时应变片阻值为350Ω，加热丝电阻值为50Ω左右。
图2.2应变传感器实验模板、接线示意图
图2.3单臂电桥工作原理图
四、实验步骤
1、根据图2.3工作原理图、图2.2接线示意图安装接线。
图2.3单臂电桥工作原理图
2、放大器输出调零
将实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开，再用导线将两输入端短接（Vi＝0）；调节放大器的增益电位器RW3大约到中间位置（先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈）；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。
3、电桥调零
拆去放大器输入端口的短接线，将暂时脱开的引线复原。
调节实验模板上的桥路平衡电位器RW1，使电压表显示为零。
4、应变片单臂电桥实验
在应变传感器的托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g（或500g）砝码加完。
实验结果填入表2-1，画出实验曲线。
5、根据表2-1计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU为输出电压变化量，ΔW为重量变化量）和非线性误差δ。
δ=Δm/yFS×100％
式中Δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；yFS为满量程输出平均值，此处为200g（或500g）。
实验完毕，关闭电源。
6、利用虚拟仪器进行测量。
五、实验数据处理
1、实验数据
重量（g）
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压（mv）
0.1
5
9
14
19
23
28
32
38
43
47
表2-1
记重量为X，电压为Y，拟合曲线表达式为：
y=0.2357x-0.1045
非线性误差δ的计算：
由拟合曲线及散点图可以看出，最大偏差在点（140,32）处，故
∆m=3.79g，yFS=200g
δ=∆myFS×100%=1.895%
系统灵敏度：
S=∆U∆W=0.2357
2、实验曲线
六、思考题
1、单臂电桥工作时，作为桥臂电阻的应变片应选用：
（1）正（受拉）应变片；
（2）负（受压）应变片（3）；正、负应变片均可以。
答：
正负均可。
单臂电桥对应变计的受力方向没有限制，无论应变计是受拉还是受压，其阻值都会发生变化，从而使得桥路有电压输出。
实验二金属箔式应变片——半桥性能实验
一、实验目的
比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。
二、基本原理
不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。
当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uo2＝EKε／2。
三、实验器材
主机箱（±4V、±15V、电压表）、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。
四、实验步骤
1、根据图2.4工作原理图、图2.5接线示意图安装接线。
2、放大器输出调零
将实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开，用导线将两输入口短接（Vi＝0）；调节放大器的增益电位器RW3大约到中间位置（先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈）；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。
3、电桥调零
恢复实验模板上放大器的两输入口接线，调节实验模板上的桥路平衡电位器RW1，使主
机箱电压表显示为零。
4、应变片半桥实验
在应变传感器的托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g（或500g）砝码加完。
实验结果填入表2-2，画出实验曲线。
5、计算灵敏度S＝U／W，非线性误差δ。
实验完毕，关闭电源。
6、利用虚拟仪器进行测量。
图2.4半桥工作原理图
图2.5应变传感器实验模板、接线示意图
五、实验数据处理
1、实验数据
重量（g）
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压（mv）
9
17
27
36
45
53
63
72
80
89
表2-2
记重量为X，电压为Y，拟合曲线表达式为：
y=0.4468x-0.0455
非线性误差δ的计算：
由拟合曲线及散点图可以看出，最大偏差在点（40,17）处，故
∆m=1.85g，yFS=200g
δ=∆myFS×100%=0.925%
系统灵敏度：
S=∆U∆W=0.4468
2、实验曲线
六、思考题
1、半桥测量时，两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：
（1）对边；
（2）邻边。
答：
邻边。
2、半桥测量时，两片相同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：
（
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