应变片单臂电桥性能实验Word格式.docx

1、由材料力学得： L= - r （13）4）2、应变灵敏度 它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。 （1）、金属导体的应变灵敏度K：主要取决于其几何效应；可取 （15）其灵敏度系数为：K= 金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化，拉伸时电阻增大，压缩时电阻减小，且与其轴向应变成正比。金属导体的电阻应变灵敏度一般在2左右。 3、贴片式应变片应用在贴片式工艺的传感器上普遍应用金属箔式应变片，贴片式半导体应变片（温漂、稳定性、线性度不好而且易损坏）很少应用。一般半导体应变采用N型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直接蒸镀扩散出半导体电阻应变薄膜（扩散出敏感栅），制成扩散型压阻式（

2、压阻效应）传感器。本实验以金属箔式应变片为研究对象。4、箔式应变片的基本结构金属箔式应变片是在用苯酚、环氧树脂等绝缘材料的基板上，粘贴直径为0.025mm左右的金属丝或金属箔制成，如图11所示。（a） 丝式应变片（b） 箔式应变片图11应（a）、单臂UoUU（R1R1）（R1R1R5）R7（R7R6）E（R7R6）（R1R1）R7（R5R1R1）（R5R1R1）（R7R6）E设R1R5R6R7，且R1R1RR1，RRK，K为灵敏度系数。则Uo（14）（R1R1）E（14）（RR）E（14）KE（b）、双臂（半桥）同理:Uo（12）（RR）E（12）KE（C）、全桥Uo（RR）EKE6、箔式应变

3、片单臂电桥实验原理图 图13 应变片单臂电桥性能实验原理图图中R5、R6、R7为350固定电阻，R1为应变片； RW1和R8组成电桥调平衡网络，E为供桥电源4V。桥路输出电压Uo（14）（R4R4）E（14）（RR）E（14）KE 。差动放大器输出为Vo。三、需用器件与单元：主机箱中的2V10V（步进可调）直流稳压电源、15V直流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4位数显万用表（自备）。四、实验步骤：应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模板中的R1（传感器

4、的左下）、R2（传感器的右下）、R3（传感器的右上）、R4（传感器的左上）为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R6、R7是350固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时用。1、将托盘安装到传感器上，如图14所示。图14 传感器托盘安装示意图2、测量应变片的阻值：当传感器的托盘上无重物时，分别测量应变片R1、R2、R3、R4的阻值。

5、在传感器的托盘上放置10只砝码后再分别测量R1、R2、R3、R4的阻值变化，分析应变片的受力情况（受拉的应变片：阻值变大，受压的应变片：阻值变小。）。图15测量应变片的阻值示意图3、实验模板中的差动放大器调零：按图16示意接线，将主机箱上的电压表量程切换开关切换到2V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关；调节放大器的增益电位器RW3合适位置（先顺时针轻轻转到底，再逆时针回转1圈）后，再调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。图16差动放在器调零接线示意图表1 应变片单臂电桥性能实验数据重量（g）20406080100120140160电压（mV）0.2-4.4-9.1-13.8

6、-18.6-23.5-23.7-285、根据表1数据作出曲线并计算系统灵敏度SV/W（V输出电压变化量，W重量变化量）和非线性误差，=m/yFS 100式中m为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yFS满量程输出平均值，此处为200g。实验完毕，关闭电源。一、数据分析：1.根据实验数据，通过计算，得到了相关数据和画出了最小二乘拟合曲线2.计算灵敏度S=U/WU=-5.3mv W=20g S=-0.192=m/yFs100%=2.063/-28100%=7.36%3.问题与讨论：分析实验的不足之处以及如何改进，回答实验手册文档上的思考题1.在实验中，调零可能会有误差2.称量时，会有

7、人为的因素在里面，会导致误差实验二 应变片半桥性能实验了解应变片半桥（双臂）工作特点及性能。掌握测量方法。应变片基本原理参阅实验一。应变片半桥特性实验原理如图21所示。不同应力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，输出灵敏度提高，非线性得到改善。其桥路输出电压Uo（12）（RR）E（12）KE 。图21 应变片半桥特性实验原理图应变式传感器实验模板、托盘、砝码。1、按实验一（单臂电桥性能实验）中的步骤1和步骤3实验。 2、关闭主机箱电源，除将图17改成图22示意图接线外，其它按实验一中的步骤4实验。读取相应的数显表电压值，填入表2中。图22 应变片半桥实验接线示意图表2 应变片半桥实验数据 20

8、40 60 80 100 120 140 160 180-0.38.919.025.836.344.854.764.975.585.5 0.19.219.325.136.645.256.065.376.585.73、根据表2实验数据作出实验曲线。 五、思考题：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：答：在临边。因为在临边时,中点的电位变化的才能和另外的参考点进行比较,如果不在临边,也就会出现当两个应变片都发生变化时,与他们对应电阻的电位差可能会出现0的情况.实验三 应变片全桥性能实验了解应变片全桥工作特点及性能。应变片全桥特性实验原理如图31所示。应变片全桥测量电路中，将应力

9、方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。当应变片初始阻值：R1R2R3R4，其变化值R1R2R3R4时，其桥路输出电压Uo（RR）EKE。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性得到改善。图31应变片全桥特性实验接线示意图三、需用器件和单元：实验步骤与方法（除了按图32示意接线外）参照实验二，将实验数据填入表3作出实验曲线并进行灵敏度和非线性误差计算。图32 应变片全桥性能实验接线示意图表3全桥性能实验数据根据表3实验数据作出实验曲线。测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1R3，R2R4，而R1R2时，是否可以组成全桥：可以的.当两对边电阻相等时,电桥平衡

10、. 实验五 应变片直流全桥的应用电子秤实验了解应变直流全桥的应用及电路的标定。常用的称重传感器就是应用了箔式应变片及其全桥测量电路。数字电子秤实验原理如图51。本实验只做放大器输出Vo实验，通过对电路的标定使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成为一台原始电子秤。图51 数字电子称原理框图1、按实验一中的1和3步骤实验。2、关闭主机箱电源，按图32 （应变片全桥性能实验接线示意图）示意接线，将10V可调电源调节到4V档。检查接线无误后合上主机箱电源开关，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；3、将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器R

11、W3（增益即满量程调节）使数显表显示为0.200V（2V档测量）。4、拿去托盘上的所有砝码，调节电位器RW4（零位调节）使数显表显示为0.000V。5、重复3、4步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V改为重量纲g，将砝码依次放在托盘上称重；放上笔、钥匙之类的小东西称一下重量。 五、实验数据 六、实验分析1根据实验数据，绘制传感器的特性曲线。2分析什么因素会导致电子秤的非线性误差增大，怎么消除，若要增加输出灵敏度，应采取哪些措施。环境因素和实验器材的校正不准会导致非线性误差增大。通过多次校正，调节变位器可消除或减少误差。若要增加输出灵敏度可增加相形放大电路实验九 压阻式压力传感器压力实验一、实验目的了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理与方法。二、实验仪器压力传感器、气室、气压表、差动放大器、电压放大器、电压温度频率表三、实验原理在具有压阻效应的半导体材料上用扩散或离子注入法，可以制备各种压力传感器。摩托罗拉公司设计出X形硅压力传感器，如图7-1所示，在单晶硅膜片表面形成4个阻值相等的电阻条。将它们连接成惠斯通电桥，电桥电源端和输出端引出，用制造集成电路的方法封装起来，制成扩散硅压阻式压力传感器。扩散硅压力传感器的工作原理如图7-1，在