《一金属箔式应变片单臂电桥性能齐鲁理工学院》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一金属箔式应变片单臂电桥性能齐鲁理工学院（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、传感器与检测技术实验指导书齐鲁理工学院目录实验一 金属箔式应变片单臂电桥性能实验 1实验二 金属箔式应变片半桥性能实验 4实验三 金属箔式应变片全桥性能实验 6实验四 直流全桥的应用电子秤实验 8实验五 差动变压器的性能测定 9实验六 差动变压器零点残余电压测定及补偿 11实验七 激励频率对差动变压器特性的影响 13实验八 电容式传感器的位移特性实验 15实验九 直流激励时霍尔传感器位移特性实验 17实验十 Pt100 热电阻测温实验 19实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验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。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
2、化，这就是金属的电阻应金属的电阻表达式为：R = P丄S当金属电阻丝受到轴向拉力 因晶格变化等因素的影响而改变 相对变化量来表示，则有：变效应。（1）F作用时，将伸长.：1，横截面积相应减小.S，电阻率故引起电阻值变化R。对式（1）全微分，并用(2)式中的 l l为电阻丝的轴向应变，用:表示，常用单位亠 （m =ixioJ6m7mm）。若径向应变为 呢，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用 泊松比卩表示为% =比听），因为也=2 （也），则（2）式可以写成：R：1 /、 一 / l ：|（1 2）（1 2厂k0（3）R 丨匸：1丨ll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、（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 P随应变引起的（称“压阻效应”）。对于金属材料而言，以前者为主（屯 则ko : 1 - 2 ，对半导体，ko值主要是由电阻率相对变化所决定。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
4、关系厂 一 E ；（4）式中d测试的应力；E材料弹性模量。可以测得应力值 6。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，金属薄膜应变片。三、需用器件与单元传感器实验箱（二）中应变式传感器实验单元、砝码、智能直流电压表（或虚拟仪 表中直流电压表）、土 15V电源、土 5V电源，传感器调理电路挂件。四、实验内容与步骤1. 应变片的安装位置如图（1 - 1）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
5、进行测量,R1=R2=R3=R4=350 Q。图1-1应变式传感器安装示意图2. 接入模板电源15V （从面板上引入），检查无误后，合上主控台电源开关，调节 RW3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，输出端与主控台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RW4,使数显表显示为零，（数显表的切换开关打到 2V档）。关闭主控台电源。（注意: 当RW3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
6、接好），接好电桥调 零电位器Rw1，接上桥路电源5V，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 200g砝码加完，记下实验结果填入表1-1,关闭电源。RW：RW.：图1-2应变式传感器单臂电桥实验接线图5.根据表1-1计算系统灵敏度 SIU/AW （厶U输出电压的变化量，W重量变化量）和非线性误差 S f! = A m/yFs X 100%式中 ：m （多次测量时为平均值） 为输出值与拟合直线的最大偏差：yFs满量程输出平均值，此处为200g。五、实验注意事项1
7、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i5V，绝不可错接成15V，否则可能烧毁应变片。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。实验二金属箔式应变片半桥性能实验一、实验目的1了解半桥的工作原理。2比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。二、基本原理把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
8、电压U2= EG ；/2。式中E为电桥供电电压。三、需用器件与单元传感器实验箱（二）中应变式传感器实验单元，传感器调理电路挂件中应变式传感器实验模板、砝码、智能直流电压表（或虚拟直流电压表）、土 15V电源、土 5V电源。四、实验内容与步骤1 接入模板电源15V （从主控箱引入），检查无误后，合上主控台电源开关，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，调节实验模板上调零电位器Rw4，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
9、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的相邻Ri R: Rs RmRaiokIRWJ10K4-接赦大屯路图2-1应变式传感器半桥实验接线图边。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,计算灵敏度S2 = U L W，非线性误差飞。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。表2-1半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量（g）电压（mV）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 犬V，绝不可错接成15
10、V，否则可能烧毁应变片。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。2. 桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：（1）电桥测量原理上存在非线性（2）应变片应变效应是非线性的（3）调零值不是真正为零。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. 分析为什么半桥的输出灵敏度为什么比半桥时高了一倍，而且非线性误差也得到改善。实验三金属箔式应变片全桥性能实验一、实验目的了解全桥测量电路的原理及优点。二、基本原理全桥测量电路中，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：R1 = R2= R3 =
11、 R4，其变化值 R1 = A R2 = A R3 = A R4时，其桥路输出电压 U3= 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。三、需用器件和单元传感器实验箱（二）中应变式传感器实验单元，传感器调理电路挂件、砝码、智能直流电压表（或虚拟直流电压表）、土 15V电源、土 5V电源。四、实验内容与步骤1.根据3-1接线，实验方法与实验二相同。将实验结果填入表3-1;进行灵敏度和非线性误差计算。表3-1全桥输出电压与加负载重量值重量（g）电压（mV）3 R 0 PR20 - : *oRIor图3-1应变式传感器全桥实验接线图五、实验注意事项1 不要在砝码盘
12、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 V，绝不可错接成 15V。六、思考题1 .全桥测量中，当两组对边（ R1、R3为对边）值R相同时，即R1 = R3 , R2= R4, 而R1M R2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。2 某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如何利用这四七、实验报告要求：1 根据所记录的数据绘制出全桥时传感器的特性曲线。2 比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，并从理论上加以分析比较, 得出相应的结论。实验四直流全桥的应用一一电子秤实验一、实验目的了解应变直流全桥的应用及电路的标定。二、基本原理电子秤实验原
13、理与实验三相同，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、需用器件和单元传感器实验箱（二）中应变式传感器实验单元，应变式传感器实验模板、砝码、智 能直流电压表（或虚拟直流电压表）、土 15V电源、土 5V电源。四、实验内容与步骤1 按实验一中2的步骤，将差动放大器调零，按图3-1全桥接线，合上主控箱电源开关，调节电桥平衡电位器Rw1，使数显表显示 0.000V （2V档）。2 将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器Rw3 （增益即满量程调节）使数显表显示为 0.200V或-0.200V。3 拿去托盘上
14、的所有砝码，调节电位器Rw1 （零位调节）使数显表显示为0.000V。4 .重复2、3步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V改为重量量纲g ,就可以称重，成为一台原始的电子秤。5. 把砝码依次放在托盘上，填入下表4-1。表4-1电桥输出电压与加负载重量值重量（g）电压（mv）6. 根据上表，计算误差与非线性误差。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。六、实验报告要求1 记录实验数据，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。实验五差动变压器的性能测定一、实验目的1 了解差动变压器的工作原理和特性。2. 了解三段式差动变压器的结构。二、基本原理差动变压器由一只初级线圈和二只次级线圈及铁芯组成，根据内外层排列不同，有 二段式和三段式，本实验采用三段式结构。当传感器随着被测物体移动时，由于初级线 圈和次级线圈之间的互感发生
