应变片电阻式传感器测压力实验报告.doc

设计目的了解应变直流电桥的应用及电路的标定基本原理一 应变片传感器 电阻应变片压力传感器由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成1 应变片的工作原理电阻应变式压力传感器是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。当弹性敏感元件受到压力作用时，将产生应变，粘贴在表面的电阻应变片也会产生应变，表现为电阻值的变化。这样弹性体的变形转化为电阻应变片阻值的变化。把4个电阻应变片按照桥路方式连接，两输入端施加一定的电压值，两输出端输出的共模电压随着桥路上电阻阻值的变化增加或者减小。一般这种变化的对应关系具有近似线性的关系。找到压力变化和输出共模电压变化的对应关系，就可以通过测量共模电压得到压力值。 电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示： 式中： 金属导体的电阻率（m） S导体的截面积（）L导体的长度（m） 以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。2 全桥电路应变片将应变的变化转换成电阻相对变化R/R，要把电阻的变化转换成电压或电流的变化，才能用电测仪表进行测量。这里使用全桥电路，如下图所示。 采用四臂电桥，如上图所示并设初始时，工作时时，输出为 四臂电桥的电压灵敏度为二 实验原理 该试验就是应用了箔式应变片及其全桥测量电路，实验原理如图所示，本实验只做放大器输出实验，通过对电路的标定使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲（V）转化为压力纲（N）即成为一台原始测压力装置。需用器件与单元 机头中的应变梁的应变片：显示面板中的F/V表（或电压表）。2V10V步进可调直流稳压电源；调理电路面板传感器输出单元中的箔式应变片；调理电路单元中的电桥，差动放大器：砝码（20g/只）。实验步骤1. 差动放大器调零点：按图7-2示意接线，将F/V表（或电压表）的量程切换开关切换到2V档，合上主、副电源开关，将差动放大器的增益电位器按顺时针方向轻轻到底后再逆回转一点点（放大器的增益为最大，回转一点点的目的：电位器触点在根部估计会接触不良），调节差动放大器的调零电位器，使电压表显示电压为零，差动放大器的零点调节完成，关闭主电源。 2.将2V10V步进可调直流稳压电源切换到4V档，按图所检查接线无误后合上主电源开关，在梁的自由端无砝码时，调节电桥中的W1电位器，使数显表显示为0.000V。将8只砝码全部置于梁的自由端上（尽量放在中心点），调节差动放大器的增益电位器，使数显表显示为0.160V（2V测量端）或-0.160V。 3.拿去梁的自由端上所有砝码，如数显表不显示0.000V则调节差动放大器的调零电位器，使数显表显示为0.000V。再将8只砝码全部置于振动台上（尽量放在中心点上），调节差动放大器的增益电位器，使数显表显示为0.160V（2V测量端）或-0.160V。 4.重复3步骤的标定过程，一直到误差较小为止，把电压量纲V改为压力纲N，就可以测压力，成为一台原始的测压力装置。 5.把砝码依次放在梁的自由端上，并依次记录压力和电压数据填入下表。 6.根据数据画出实验曲线，计算误差与线性度。 7.在梁上的自由端放上一元硬币、一把钥匙称一下压力。实验完毕，关闭电路。实验数据电压（V）0.0030.0200.0410.0600.0790.0980.1160.1450.151压力（N）0.000.200.400.600.801.001.201.401.60 用最小二乘法（，）算出压力与电压的关系得：F=10.344U-0.0195x100% 算出=5.02% 第7步测量值为：一个硬币（已知6.03g） 0.058一把钥匙 0.104已知硬币为6.03g，对传感器的压力为0.0603N，实际测出压力为0.058N。它们之间的误差为3.81%。误差分析由以上可知，实验中存在误差。经过小组讨论，认为可能是由于以下原因造成的。1 堆积砝码时，由于砝码的底部不平，砝码的重量并不是全部压在压变片上，输出的压力值会偏小。2 长时间做实验后，装置内部会发热。由于环境温度的变化会引起应变片电阻的相对变化，这种温度效应产生了虚假应变。3 由应变片粘贴工艺产生的误差，应变片轴线偏离了原定的方向。4 电阻应变仪产生的误差：每个应变片都有一定的灵敏系数K，在使用静态应变仪时,K值在仪器的灵敏系数度盘的刻度范围之内，测量时先要将度盘调到与K值相应的刻度上。心得体会通过这次实验，我明白了做实验时,最重要的是一定要亲力亲为,务必要将每个步骤,每个细节弄清楚,弄明白。实验就是使我们加深理解所学基础知识，掌握典型传感器的基本原理和适用范围;具有测试