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1、检测技术实验实验报告实验名称：院係）：第一次实验自动化学院专业：自动化姓名：徐丽娜学号：08011308实验室：实验组别：同组人员：刘燊燊实验时间：2011年11月16日评定成绩：审阅教师：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、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、15V、4V电源、万 用表（自备）。三、实验原理：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，描述电阻应变效应的关系式为： R/R=KS，式中 R/R为电阻丝电阻相对 变化，K为应变灵敏系数， = l/l为电阻丝长度
2、相对变化。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组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别 贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，上面的应变片随弹性体形变被拉 伸,对应为模块面板上的R1、R3，下面的应变片随弹性体形变被压缩，对应为模块 面板上的R2、R4。接主控箱挨数显表 电視输出 V1地R1E2R3 :999ElClN466应变传感器实验模板+15V GND -15VR13VIC1IC3-ERw4U02Qhjs滋*搖皿玄片 、-I L-rn. I/rV M / Rw3U R10通过这些应变片转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示
3、R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压E AR/RUo=-4 丄竺2 RE为电桥电源电压，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为式1-2四、实验内容与步骤1、图1-1应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、 R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350QO2、从主控台接入15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入 端Ui短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档），调节电位器Rw4,使电压表显 示为0Vo Rw4的位置确定后不能改动。关闭主控台电源。3、 将应变式传感器的其中一个应变电阻（如
4、R1）接入电桥与R5、R6、R7构成一个单 臂直流电桥，见图1-2，接好电桥调零电位器Rw1，直流电源4V （从主控台接入）， 电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节 Rw1,使电压表显示为零。4、在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw3，改变差动放大器的增益，使数显电 压表显示2mV,读取数显表数值，保持Rw3不变，依次增加砝码和读取相应的数显 表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入下表1-1,关闭电源。重量（g）020406080100120140160180200电压(mv)0.24.89.113.318.022.426.931.335.8
5、40.244.8利用Origin拟合出的曲线如下:记重量为x（g）,电压为y（mv）,根据Origin拟合出的曲线为：y=022255X+018182可以看出重量为0kg时误差最大为0.01818mv非线性误差 S f1=A m/yF.S X100%=0.01818/0.2*100%=9.09%系统灵敏度S=A U/A W=0.22255五、思考题单臂电桥工作时，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限制，不管应变计受拉还是受压，其阻值都 会发生变化，从而使得桥路有电压输出。实验三金属箔
6、式应变片-全桥性能实验一、实验目的：了解全桥测量电路的优点。二、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、15V、4V电源、万用 表（自备）。三、实验原理：全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接 入邻边，如图3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出Uo=KE s式 3-1E为电桥电源电压，式3-1表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到 进一步改善。四、实验内容与步骤1、应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。2、差动放大器调零，参考实验一步骤2。3、按图3-1接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片
7、接入电桥的邻边， 接入电桥调零电位器Rw1,直流电源4V （从主控台接入），电桥输出接到差动放大 器的输入端Ui,检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw1,使电压表为零。4、在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw3，改变差动放大器的增益，使数显电压 表显示0.020V左右，读取数显表数值，保持Rw3不变，依次增加砝码和读取相应的数显利用Origin拟合出的曲线如下:50100150200表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入下表2,关闭电源。重量（g）2 0406080100120140160180200电压(mv)16.634.253.070.588.2106123.7140
8、.9158.5176.1记重量为X(g),电压为y(mv),根据MATLAB,拟合出的曲线为:y=088697X-086447可以看出重量为200kg时误差最大为0.42953mv非线性误差6 f3=A m/yFs x 100%=0.42953/176.1*100%=0.24系统灵敏度L=A U/A W=0.8869五、思考题1、测量中，当两组对边（如Rl、R3为对边）电阻值R相同时，即R1=R3, R2=R4, 而R1HR2时，是否可以组成全桥：（1）可以；（2）不可以。答：（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，图2-8,能否如何利 用四片应变片组成电桥
9、，是否需要外加电阻。R1R11 mR3RzR1图3受拉力时应变式传感器圆周面展开图答：能够利用它们组成电桥。对于左边一副图，可以任意选取两个电阻接入电桥的对边，则 输出为两倍的横向应变，如果已知泊松比则可知纵向应变。对于右边的一幅图，可以选取 R3、R4接入电桥对边，则输出为两倍的纵向应变。两种情况下都需要接入与应变片阻值相 等的电阻组成电桥。3、金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较 基本原理图2 - 9（a）、（b）、（c）。比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，根据实验结果和理论分析，阐 述原因，得出相应的结论。注意：比较实验中，（a）、（b）、（c）放大电路的放大器增益必须相同
10、。IUJ(a)单臂(b)半桥(c)全桥图4应变电桥 单臂U0 =U1-U3=(R1 + AR1)/(R1 + AR1+R2)R4/(R3+R4)E=(1 + AR1/R1)/(1 + AR1/R1+R2/R2) (R4/R3)/(1+R4/R3)E 设 R1=R2=R3=R4，且 R1/R1VV1。U0(1 / 4)(AR1 / R1)E所以电桥的电压灵敏度：S=UO / (AR1 / R1)kE=(1 / 4)E 半桥U0(1 / 2)(R1 / R1)ES = (1 /2)E 全桥U0QR1 / R1)ES=E4、金属箔式应变片的温度影响电阻应变片的温度影响主要有两个方面。敏感栅丝的温度系
11、数，应变栅的线膨胀系数与 弹性体(或被测试件)的线膨胀系数不一致而产生附加应变。当温度变化时，即使被测体受 力状态不变，输出也会有变化。 按照全桥性能实验步骤，将200g砝码放在砝码盘上，在数显表上读取数值Uo1。 将主机箱中直流稳压电源+5V、地(丄)接于实验模板的加热器+6V、地(丄)插孔 上，数分钟后待数显表电压显示基本稳定后，记下读数Uot 。(Uot-U01)即为温度变化的影响。温度变化产生的相对误差：U -U、8 二 xlOO%答：根据实验结果可知：灵敏度：全桥半桥单臂非线性度：单臂单桥全桥EE理论上：灵敏度：单臂S ，半桥S ，全桥S = E。42非线性度：单臂 =xlOO%，半
12、桥二0，全桥二0。2 + K e因为全桥能使相邻两臂的传感器有相同的温度特性，达到消除温度误差的效果。同时还能 消除非线性误差。结论：利用差动技术，能有效地提高灵敏度、降低非线性误差、有效地补偿温度误差。 如何消除金属箔式应变片温度影响？答：利用温度补偿片或采用全桥测量。实验五差动变压器的性能实验一、实验目的了解差动变压器的工作原理和特性。二、基本原理差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及一个铁芯组成，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。当被测体移动时差动变压器的铁芯也随着轴向位移，从而使初级线圈和次级线圈之间的 互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化（一只次级感应
13、电势增加，另一只感应电势则 减少）。将两只次级反向串接（同名端连接），引出差动电势输出。其输出电势反映出被测 体的移动量。三、实验器材主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器、万用表、导线等。四、实验步骤1、测微头的组成与使用测微头组成和读数图测杆安装套分简3测位头组成与读数 t打严 g测微头由不可动部分安装套、轴套和可动部分测杆、微分筒、微调钮组成。测微头读数与使用：测微头的安装套便于在支架座上固定安装，轴套上的主尺有两排刻度线，标有数字的 是整毫米刻线（1mm/格），另一排是半毫米刻线（0.5mm/格）；微分筒前部圆周表面上 刻有50等分的刻线（0.01mm/格）。用手旋
14、转微分筒或微调钮时，测杆就沿轴线方向进退。微分筒每转过1格，测杆沿轴方 向移动微小位移0.0 1毫米，这也叫测微头的分度值。测微头读数方法：先读轴套主尺上露出的刻度数值，注意半毫米刻线；再读与主尺横线 对准微分筒上的数值，可以估读1 /10分度，图3-1甲读数为3.6 7 8 mm，不是3.1 7 8 mm；遇到微分筒边缘前端与主尺上某条刻线重合时，应看微分筒的示值是否过零，图 3-1乙已过零则读2.5 14 mm ；图3-1丙未过零，则不应读为2 mm，读数应为1.9 8 0 mm。测微头使用：测微头在实验中是用来产生位移并指示出位移量的工具。一般测微头在使用前，首先 转动微分筒到10 mm处（为了保留测杆轴向前、后位移的余量），再将测微头轴套上的主 尺横线面向自己安装到专用支架座上，移动测微头的安装套（测微头整体移动）使测杆与被 测体连接使被测体处于合适位置（视具体实验而定）时再拧紧支架座上的紧固螺钉。当转动测微头的微分筒时，被测体就会随测杆而位移。音频按荡SLr0示波器差动变压器丄图6差动变压器性能实验原理图测微头接主机箱音頻振捋示波器第二通道 八差动变
