《传感器实验指南》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器实验指南（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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：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：式中为电阻丝电阻的相对变化，为应变灵敏系数，为电阻丝长度相对变化，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元件，通过它转换被测部位的受力状态变化，电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。单臂电桥输出电压O1。三、需用器件与单元：应变式传感器实验模块、应变式传感器、砝码、数显表、15V电源、4V电源、万用表（自备）。四、实验步骤：应变
2、片 引出线 固定垫圈 固定螺丝 限程螺丝 模块 弹性体 托盘 加热丝 应变片 图1-1 应变式传感器安装示意图 1、根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入模块的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R1= R2= R3= R4=350，加热丝阻值为50左右。2、接入模块电源15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模块调节增益电位器Rw3顺时针调节大致到中间位置，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的数显表电压输入端Vi相连，调节实验模块上调零电位器Rw4，使数显
3、表显示为零（数显表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源。+4V -4V 接主控箱 电源输出 接主控箱 电源输出 接主控箱 电源输出 图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图 接数显表 Vi 地 R1 加热 3、将应变式传感器的其中一个应变片R1（即模块左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已连接好），接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源4V（从主控箱引入）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、在电子秤上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到500g（或200g）砝
4、码加完。记下实验结果填入表1-1，关闭电源。表1-1 单臂电桥输出电压与加负载重量值重量（g）电压（mv） 5、根据表1-1计算系统灵敏度S，S=（输出电压变化量；重量变化量）计算线性误差：f1=F S100%，式中为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：F S满量程输出平均值，此处为500g或200g。五、思考题：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。实验二 金属箔式应变片半桥性能实验一、实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点。二、基本原理：不同受力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高
5、，非线性得到改善。当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uo2=。三、需要器件与单元：同实验一。四、实验步骤：1、 传感器安装同实验一。做实验（一）2的步骤，实验模块差动放大器调零。接主控箱电源输出 接主控箱电源输出 接数显表Vi 地 图1-3 应变式传感器半桥实验接线图 2、根据图1-3接线。R1、R2为实验模块左上方的应变片，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的相邻边。接入桥路电源4V，调节电桥调零电位器Rw1进行桥路调零，实验步骤3、4同实验一中4、5的步骤，将实验数据记入表1-2，计算灵敏度S=，非线性误差f2。若实
6、验时无数值显示说明R2与R1为相同受力状态应变片，应更换另一个应变片。表1-2 半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量（g）电压（mv）五、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。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优点。二、基本原理：全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，当应变片初始阻值：R1= R2= R3= R4，其变化值R1=R2=R3=R
7、4时，其桥路输出电压Uo3=。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改善。三、需用器件和单元：同实验一。四、实验步骤：1、 传感器安装同实验一。2、根据图1-4接线，实验方法与实验二相同。将实验结果填入表1-3；进行灵敏度和非线性误差计算。表1-3全桥输出电压与加负载重量值重量（g）电压（mv）图1-4五、思考题：1、全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1= R3， R2= R4，而R1R2时，是否可以组成全桥：（1）可以 （2）不可以。R1 R2 R3 R4 F F R1 R2 R3 R4 F F 图1-5 应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图
8、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，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻?实验四 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较一、实验目的：比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。二、实验步骤：根据实验一、二、三所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度，从理论上进行分析比较。阐述理由（注意：实验一、二、三中的放大器增益必须相同）。实验五 金属箔式应变片的温度影响实验一、实验目的：了解温度对应变片测试系统的影响。二、基本原理：电阻应变片的温度影响，主要来自两个方面。敏感栅丝的温度系数，应变栅线膨胀系数与弹性体（或被测试件）的线膨胀系数
9、不一致会产生附加应变。因此当温度变化时，在被测体受力状态不变时，输出会有变化。三、需用器件与单元：应变传感器实验模块、数显表单元、直流源、加热器（已贴在应变片底部）四、实验步骤：1、保持实验三实验结果。2、将200g砝码加于砝码盘上，在数显表上读取某一整数Uo1。3、将5V直流稳压电源（主控箱）接于实验模块的加热器插孔上，数分钟后待数显表电压显示基本稳定后，记下读数Uot，UotUo1即为温度变化的影响。计算这一温度变化产生的相对误差。五、思考题：1、金属箔式应变片温度影响有哪些消除方法？2、 应变式传感器可否用于测量温度？实验六 直流全桥的应用电子秤实验一、实验目的：了解应变片直流全桥的应用
10、及电路的标定。二、基本原理：电子秤实验原理为实验三全桥测量原理，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）即成为一台原始电子秤。三、需用器件与单元：应变式传感器实验模块、应变式传感器、砝码、15V电源、4V电源。四、实验步骤：1、按实验一中2的步骤将差动放大器调零：按图1-4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0.00V。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（2V档测量）或-0.200V。3、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.
11、000V或-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：重量（g）电压（mv）6、根据上表计算误差与非线性误差。实验七 交流全桥的应用振动测量实验一、实验目的：了解利用交流电桥测量动态应变参数的原理与方法。二、基本原理：对于交流应变信号用交流电桥测量时，桥路输出的波形为一调制波，不能直接显示其应变值，只有通过移相检波和滤波电路后才能得到变化的应变信号，此信号可以从示波器读得。三、需用器件与单元：音频振荡器、低频振荡器、万用表（自备）、应变式传感器实验模块、相敏检波器模块、振动源模块和
12、应变输出双线示波器（自备）。四、实验步骤：1、模块上的传感器不用，改为振动模块振动梁上的应变片（即模块上的应变输出）。2、按振动台模块上的应变片顺序，用连接线插入应变传感器实验模块上。组成全桥。接线时应注意连接线上每个插头的意义，对角线的阻值为350左右，若二组对角线阻值均为350，则接法正确。3、根据图1-6，接好交流电桥调平衡电路及系统，R8、Rw1、C、Rw2为交流电桥调平衡网络。检查接线无误后，合上主控箱电源开关，将音频振荡器的频率调节到5KHz左右，幅度调节到10Vp-p。（频率可用数显表Fin监测，幅度可用示波器监测）。将示波器接入相敏检波的输出端，观察示波器的波形，顺时针调节Rw
13、3到最大，调节Rw1、Rw2、Rw4，使示波器显示的波形无高低且最小（示波器的Y轴为0.1V/div，X轴为0.2ms/div），用手按下振动圆盘（且按住不放），调节移相器与相敏检波器的旋钮，使示波器显示的波形有检波趋向。4、将低频振荡器输出接入振动模块低频输入插孔，调节低频振荡器输出幅度和频率使振动台（圆盘）明显振动。5、调节示波器Y轴为50mv/div、X轴为20ms/div，用示波器观察差动放大器输出端（调幅波）和相敏检波器输出端（解调波）及低通滤波器输出端（包络线波形传感器信号）波形，调节实验电路中各电位器旋钮，用示波器观察各环节波形，体会电路中各电位器的作用。调节电位器使各波形接近理
14、论波形，并使低通滤波器输出波形不失真，并且峰-峰值最大。6、固定低频振荡器幅度旋钮位置不变，低频输出端接入数显单元的Fin，把数显表的切换开关打到频率档监测低频频率。调节低频输出频率，用示波器读出低通滤波器输出VO的电压峰-峰值，填入表1-5。接主控箱 电源输出 示波器 接音频振荡器 接主控箱电源输出 图1-6 应变片振动测量实验接线图 表1-5F（Hz）VO（p-p）从实验数据得振动梁的自振频率为 Hz。五、思考题：1、在交流电桥测量中，对音频振荡器频率和被测梁振动频率之间有什么要求？2、请归纳直流电桥和交流电桥的特点。图1-7 移相器的电路原理图 A2 _ + - A1 + +15V C1 2
