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1、感测技术实验三,金属箔式应变片性能测试实验,一、实验目的,2.掌握直流电桥金属箔式应变片性能测定的方法。,1.了解金属箔式应变片组成结构、单臂电桥、半桥及全桥的电路组成与工作原理。,3. 验证直流单臂、半桥、全桥的性能。,4. 了解金属箔式应变片的基本应用。,二 、 实验内容,1金属箔式应变片输出性能标定 直流单臂电桥,2金属箔式应变片输出性能标定 直流半桥,3金属箔式应变片输出性能标定 直流全桥,4金属箔式应变片直流全桥的应用 电子称,三、实验应知知识,电阻应变传感器的基本工作原理是：在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片。通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将形
2、变转换成电阻的变化，再通过测量电路进一步将电阻的改变转换成电压或电流信号输出。,1、电阻应变式传感器的基本定义,电阻应变式传感器是一种利用金属或半导体材料的应变效应，将工程结构件的内部形变转换为电阻变化而动作的传感器。,2、电阻应变式传感器的工作原理,3、电阻应变式传感器的用途与特点,主要用于：能转化成形变的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。其主要特点是： 结构简单，使用方便，性能稳定、可靠； 灵敏度高，频率响应特性好，适合于静态、动态测量. 环境适应性好，应用领域广泛。,4、金属箔应变传感器的组成结构,本次实验选用的是金属箔
3、应变片传感器.金属箔应变片的敏感栅是用0.0010.01mm厚的金属箔通过光刻技术制作成，常称其为应变花，如图b所示,实际结构如图a所示。,1 ：基底，基底是将传感器弹性体的应变传送到敏感栅上的中间介质，并起到在电阻丝和弹性体之间的绝缘作用和保护作用,2：电阻丝也叫敏感栅，是应变片的转换元件，是这类传感器的核心构件,3 ：面胶或叫覆盖层，是一层薄膜，起到保护敏感栅的作用。,1：引出线 作为连接测量导线用，对测量精度至关重要,金属箔应变片传感器由以下四个部分组成：,5、电阻应变传感器的测量电路,电阻应变片虽然可以将应变转换为电阻变化，但由于应变引起的电阻变化量非常小，不利于直接检测和显示，常常需
4、要借助辅助电路将应变片电阻的变化转换成电压/电流信号，经调制、放大、解调、滤波等变换环节后，再进行观测和处理。在应变片众多的测量电路中，应用最广的是非平衡电桥。它具有灵敏度高、测量范围宽、电路结构简单、精度高、容易实现温度补偿等特点。,，,常用的直流单臂非平衡电桥的电路图,电桥的输出端连接一个输入阻抗极高的放大器是为了提高电桥的电压灵敏度、减小外接电路对电桥的影响。,设R1为电阻应变片，R2、R3、R4为固定电阻。应变片不承受应变时，电桥处于平衡状态，R2/R1 = R4/R3 = n，电桥输出U0 = 0；,应变片感受到应变时，电阻值由， 此时电桥的输出电压：,1)箔式金属电阻应变片构造与性
5、能:,2)应变梁：应变梁采用不锈钢片，双梁结构端部有较好的线性位移.箔式金属电阻应变片粘贴在应变梁的两端.共有四片,两片拉伸，两片压缩.具体布局如图。,6、实验用金属箔式应变片,应变片,弹性体,加热器,托盘,实验用的是箔式金属电阻应变片，它是由极薄的康铜或镍铬金属片腐蚀而成，其厚约35m。制造时，先在康铜箔片的一面涂上一薄层聚合胶，使之固化成基底。然后在箔片的另一面涂上感光胶，用光刻技术印刷上所需的丝栅形状；再将箔片放入腐蚀剂中将多余部分腐蚀掉，焊上引出线即制成箔式电阻应变片。箔式电阻应变片的种类很多，实验使用的是单应力方向的箔式电阻应变片。箔式应变片电阻值：350、 应变系数：2，平行梁上梁
6、的上表面和下梁的下表面对应地贴有4片应变片，受力工作片分别用符号 和 表示。 横向所贴的两片为温度补偿片.,系统模块面板上的电桥电路单元如图所示，测量时连接必要的元件可构成电桥电路。其中精密电阻R5R6R7350，并等于箔式应变片的初始电阻，它们作为备用的桥臂电阻，可按需接入电路。精密多圈线绕电位器W1W222K，它们分别与电阻8(=1K)、电容C(=3000PF)构成电桥的电阻预调平衡网络和电容预调平衡网络。粉红色所示电阻在系统内部并不存在，仅作组桥示意标记，需要时应从外部接入。,1）电桥电路单元,7、实验用信号处理电路模块,R5,2）差分放大器电路单元,差动放大器也是一个电路模块，它是由集
7、成运算放大器组成的增益可调的交直流放大器。可以接成同向、反相放大器，增益可达1100倍。差动放大器就其功能来说，是放大两个输入信号之差。由于它在电路和性能方面有着许多的优点，因此成为集成运放的主要组成单元。此差动放大器模块主要由运放OP-07组成，它的电路原理如图所示：,从电路原理图中可以看出此差动放大器模块主要由三部分组成：一是信号的输入输出部分；二是零点调节部分；三是增益部分。当一个理想差分运算放大器的两个输入端输入相同的电压或直接接地时，其输出电压应为零，但在实际应用时往往却不为零，因此需要通过调零电路来进行校准，即通过调节RW4的大小来实现。调零的原理是将运放的输入端外加一个补偿电压，
8、以抵消运算放大器本身的失调电压，达到调零的目的；,本运算放大器的增益调节由RW3实现。,1金属箔式应变片输出性能标定 直流单臂电桥,四、实验应会技能,2金属箔式应变片输出性能标定 直流半桥,S=V/X,3金属箔式应变片输出性能标定 直流全桥,4金属箔式应变片输出性能标定 交流全桥,42 学会电阻传感器的基本应用,称重电子秤设计与制作,（一） 实验目的、内容和原理。 （二） 实验所用仪器和器件、处理模块名称。 （三） 用表格形式（参照表1）列出单臂、半桥、全桥实验数据。 （四） 分别在坐标纸上绘出三种情况下的输出特性曲线 （X-V曲线）并在同一坐标纸上描出此三条曲线，以便比较灵敏度。 （五） 通过以上比较可以得出什么样的结论？并回答为什么应变片传感器常采用半桥式或全桥形式？,五、实验报告要求,
