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传感器指导书范文 传感器实验指导书信电学院xx年年9月 一、实验目的 （1）、掌握金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 （2）掌握全桥测量电路的原理及优点 （3）掌握应变直流全桥的应用及电路的标定，学会制作调试电子秤的全过程。 二、 （1）、掌握金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 （2）掌握全桥测量电路的原理及优点 （3）掌握应变直流全桥的应用及电路的标定，学会制作调试电子秤的全过程。 二、金属箔式应变片单臂电桥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SlR= （1）当金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，并用相对变化量来表示，则有+?=SSllRR （2）式中的ll为电阻丝的轴向应变，用表示，常用单位（1=1mmmm610?）。 若径向应变为rr，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比表示为）（llrr?=，因为SS=2（rr），则 （2）式可以写成llklll lllRR=+=+=02121）（）（ （3）式 （3）为“应变效应”的表达式。 0k称金属电阻的灵敏系数，从式 （3）可见，0k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210+k，对半导体，0k值主要是由电阻率相对变化所决定。 实验是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0k=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，而根据应力应变关系E= （4）式中测试的应力；E材料弹性模量。 应力值可以测得。 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。 图1应变片位置图图2应变式传感器单臂电桥示意图 三、金属箔式应变片全桥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R1R2R3R4，其变化值R1R2R3R4时，其桥路输出电压U03KE。 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。 原理图如图3所示图3应变式传感器全桥示意图 四、直流全桥的应用电子秤的设计与制作1基本原理电子秤实验原理和全桥原理一样，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。 2需用器件和单元序号名称型号与规格数量备注1PCB板通用板12电阻器RJ-0.25W-360?1%13RJ-0.25W-47k?1%34RJ-0.25W-5.1k?1%25RJ-0.25W-10k?1%36RJ-0.25W-20k?1%77RJ-0.25W-51k?1%28独石电容0.1uF29电解电容器CD11-25V-100uF210二极管1N4007211稳压管LM385-1.2V212集成块OP07413多圈电位器1k?11410k?215芯片0P07416芯片插座8脚417调试说明1.焊好所有元器件，重新用历用表测量芯片电源是否正确，观察芯片是否插反。 2.通电将电路的Ui+和Ui短路，RW2调至任意值。 接上电源，用万用表观察测试线上和输出电压有什么区别。 测试线上输出某一电压值，调节RW3则可使得输出电压为零，即为电路调零。 3.断开电源，将称重传感器上的应变片接成桥路，并按原理图接好所有线。 通上所需电源，此时输出显示不为零。 是因为称重传感器上的托盘等重物引起不为零。 4.放上砝码或重物做实验，电压表上可显示不同电压值，如果用标准砝码则可以对输出电压和砝码重量定标。 5.差动放大部分信号增益计算公式为G（1+2R5/（R6+RW2）R10/R86.调零也作了增益放大，增益为GR16/R131.焊好所有元器件，重新用历用表测量芯片电源是否正确，观察芯片是否插反。 2.通电将电路的Ui+和Ui短路，RW2调至任意值。 接上电源，用万用表观察测试线上和输出电压有什么区别。 测试线上输出某一电压值，调节RW3则可使得输出电压为零，即为电路调零。 3.断开电源，将称重传感器上的应变片接成桥路，并按原理图接好所有线。 通上所需电源，此时输出显示不为零。 是因为称重传感器上的托盘等重物引起不为零。 4.放上砝码或重物做实验，电压表上可显示不同电压值，如果用标准砝码则可以对输出电压和砝码重量定标。 5.差动放大部分信号增益计算公式为G（1+2R5/（R6+RW2）R10/R86.调零也作了增益放大，增益为GR16/R13称重传感模块元器件清单3电路图分析 （1）图3是为秤重传感器机械形变调零。 因为有时候买的称重传感器受过挤压导致机械变形或因为放了托盘传感器发生微量形变。 四个臂的应变片电阻不一致，调节RW1使应变片组成的电桥输出为零。 图3机械调零电路 （2）图4为称重传感器四个应变片组成的电桥，组成方式为对臂阻值相等，即对臂电阻变化方向相同图4应变片电路 （3）差分放大电路，电位器RW2为调节电路的增益（放大倍数）图5差分放大电路 （4）调零电路图6调零电路电路里面存在直流分量，使得传感器不接或无重量时不为零，这就要对电路进行调零。 蒋电路的Vi+和Vi-短路，用万用表观察电路的输出，使得输出为零。 （5）电源保护电路调节和测量电路是，为防止学生把电源接反烧坏元气件，电路中利用了二极管，后面的电容时滤波用的。 图7电源保护电路 4、实验内容与步骤 （1）、调节电位器，将差动放大器调零，按图2全桥接线，接通电源开关，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Rw2（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1。 表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。 5、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。 6、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。 7、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。 （2）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。 （3）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。 （4）全桥测量中，当两组对边（R 1、R3为对边）值R相同时，即R1R3，R2R4，而R1R2时，是否可以组成全桥 （1）可以 （2）不可以。 （5）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。 图8应变式传感器受拉时传感器周面展开图 五、振动测量实验 （1）、实验原理 五、振动测量实验 （1）、实验原理将应变传感器模块电桥的直流电源E换成交流电源?E，则构成一个交流全桥，其输出u=，用交流电桥测量交流应变信号时，桥路输出为一调制波。 （2）电路分析1不用模块上的应变电阻，改用振动梁上的应变片，通过导线连接到三源板的“应变输出”。 2因振动梁上的四片应变片已组成全桥，引出线为四芯线，因此可直接接入实验板面上已联成电桥的四个插孔上。 对角线的阻值为350，若二组对角线阻值均为350则接线正确（万用表测量）。 3根据图，接好交流电桥调平衡电路及系统，R 8、R w 1、C、R w2为交流电桥调平衡网络。 检查接线无误后，合上电源开关，将音频振荡器的频率调节到RRE?1KHz左右，幅度峰-峰值调节到Vp-p=10V（频率用频率/转图9振动实验