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1、传感器与检测技术实验指导教师：陈劲松实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验2实验二金属箔式应变片-全桥性能实验及电子秤实验. 6实验三电容式传感器的位移特性实验10实验四Pt100 热电阻测温实验131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，单臂电桥工作原理和性能。二、 基本原理：金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。金属的电阻表达式为：l（ 1）当金RS属电阻丝受到轴向拉力 F 作用时，将伸长l ，横截面积相应减小S ，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变，故引起电阻值变化R 。对式（ 1）全微分，并用相对变化量
2、来表示，则有：RlS（ 2）式中的 l为电阻丝RlSl的轴向应变，用 表示，常用单位（1=1 106 mm）。若径向应变为r，mmr电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比表示为r（ l）S=2rl，因为S（ r r ），则（ 2）式可以写成：Rl）lllRl（12 ）（1 2l lk0 l（3）式（3）为“应变效应”的表达式。k0 称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见， k0受两个因素影响，一个是（1+ 2），它是材料的几何尺寸变化引起的， 另一个是，（）是材料的电阻率随应变引起的（称“压阻效应” ）。对于金属材料而言，以前者为主，则 k012，对半导体， k0 值主要是由电阻率相对变化所决
3、定。实验也表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成比例。通常金属丝的灵敏系数k0 =2 左右。用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对2象表面产生微小机械变形时， 应变片敏感栅也随同变形， 其电阻值发生相应变化。 通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，根据（ 3）式，可以得到被测对象的应变值 ，而根据应力应变关系E（ 4）式中测试的应力；E材料弹性模量。可以测得应力值 。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。电阻应变片可分为金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄
4、膜应变片。三、需用器件与单元 ：应变式传感器实验模板、 砝码、数显表、15V 电源、5V 电源、万用表（自备）。四、实验内容与步骤：1、应变片的安装位置如图 （11）所示，应变式传感器已装到应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的 R1、 R2、 R3、R4。可用万用表进行测量， R1=R2=R3=R4=350 。R1R2R4R3图 1 1应变式传感器安装示意图2、接入模板电源 15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，顺时针调节 Rw2使之大致位于中间位置，再进行差动放大器调零，方法为：将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端 Vi 相连
5、，调节实验模板上调零电位器 Rw3，使数显表显示为零，（数显表的切换开关打到 2V 档）。关闭主控箱电源。（注意：当 Rw2的位置一旦确定，就不能改变。 ）3、按图 1-2 将应变式传感器的其中一个应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7 接成直流电桥，（ R5、R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器 Rw1，接上桥路电源 5V，此时应将 5V地与 15V 地短接（因为不共地）3如图 1-2 所示。检查接线无误后， 合上主控箱电源开关。 调节 Rw1，使数显表显示为零。4、在砝码盘上放置一只砝码，读取数显表数值，以后每次增加一个砝码并读取相应的数显表值，直到
6、200g 砝码加完。记下实验结果填入表1-1 ，关闭电源。图 1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图表 11 单臂电桥输出电压与所加负载重量值重量 (g)正行020406080100120140160180200电压 (mv)程 I重量 (g)反行020406080100120140160180200电压 (mv)程 I重量 (g)正行020406080100120140160180200电压 (mv)程 II重量 (g)反行020406080100120140160180200电压 (mv)程 II5、根据表 1 1 计算系统灵敏度、非线性误差 (端基法或最小二乘法 )、迟滞误差和重复性误差
7、。五、实验注意事项：1、不要在砝码盘上放置超过1kg 的物体，否则容易损坏传感器。2、电桥的电压为 5V，绝不可错接成 15V，否则可能烧毁应变片。4六、思考题：1、单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用： （ 1）正（受拉）应变片（ 2）负（受压）应变片（ 3）正、负应变片均可以。七、实验报告要求：1、记录实验数据，并绘制出单臂电桥时传感器的特性曲线。2、从理论上分析产生非线性误差的原因。5实验二金属箔式应变片-全桥性能实验及电子秤实验一、实验目的：了解全桥测量电路的原理及优点。了解应变直流全桥的应用及电路的标定。二、基本原理：半桥测量电路中， 把不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥
8、输出灵敏度提高，非线性得到改善。全桥测量电路中，将受力性质相同的两个应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：R1R2R3R4，其变化值R1R2R3R4 时，其桥路输出电压U03 KE 。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到明显改善。电子秤实验原理为利用全桥测量原理，通过对电路调节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）即成为一台原始的电子秤。三、需用器件和单元：应变式传感器实验模板、砝码、数显表、15V 电源、 5V 电源。四、实验内容与步骤：(一 )、半桥性能实验1、接入模板电源 15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，进行差
9、动放大器调零，方法为：将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi 相连，调节实验模板上调零电位器Rw3，使数显表显示为零，（数显表的切换开关打到2V 档）。关闭主控箱电源。2、根据图 2-1 接线。 R1、R2 为实验模板左上方的应变片，注意R2 应和 R1 受力状态相反，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、 一片受压）的电阻应变片作为电桥6的相邻边。接入桥路电源5V ，调节电桥调零电位器Rw1 进行桥路调零，重复实验一中的步骤 4、5，将实验数据记入表2-1。若实验时显示数值不变化说明R1 与 R2 两应变片受力状态相同。则应更换应变片。图 2-1 应变式传感器半
10、桥实验接线图表 21 半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量 (g)正行 020406080100 120 140 160 180 200电压 (mv)程重量 (g)反行 020406080100 120 140 160 180 200电压 (mv)程(二)、全桥性能实验根据图 2-2 接线，实验方法与实验一相同， 注意保持 RW2 的位置不动。 将实验结果填入表 2-2；进行灵敏度和非线性误差计算。表 22 全桥输出电压与加负载重量值重量 (g)正行 020406080100 120 140 160 180 200电压 (mv)程重量 (g)反行 020406080100 120 140 160 180 200电压 (mv)程7图 2-2应变式传感器全桥实验接线图(三 )电子秤实验利用全桥测量原理， 通过对电路调节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）即成为一台原始的电子秤。1、按实验一中2 的步骤，将差动放大器调零，按图2-2 全桥接线，
