实验一 金属箔式应变片 单臂、半桥、全桥性能比较实验

实验一实验一 金属箔式应变片金属箔式应变片 单臂 半桥 全桥性能比较实验单臂 半桥 全桥性能比较实验 一 实验目的一 实验目的 比较单臂 半桥 全桥输出时的灵敏度和非线性误差 得出相应的结论 二 实验原理二 实验原理 电阻丝在外力作用下发生机械形变时 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 1 k R R 式中 为电阻丝电阻相对变化 为应变灵敏系数 为电阻丝长度相对变 R R k l l 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 所示 将四 个金属箔式应变片分别贴在双孔悬臂梁式弹性体的上下两侧 弹性体受到压力发生形变 则应变片随弹性体形变被拉伸 或被压缩 图图 1 1 应变式传感器安装示意图应变式传感器安装示意图 三 主要实验设备三 主要实验设备 1 应变传感器实验模块 2 托盘 3 砝码 4 15V 4V 电源 5 直流电压表 6 万用表 自备 四 实验内容四 实验内容 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 350 通过这些应变片转换弹性体被测部位受力状态 变化 电桥的作用完成电阻到电压的比例变化 如图 2 所示 R5 R6 R7 R 为固定电阻 与应 变片一起构成一个单臂电桥 其输出电压 2 R R RRE U 2 1 1 4 0 其中 为电桥电源电压 E 2 差动放大器调零 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 短接并与地短接 输出端 Uo 接数显电压表 选择 2V 档 将电 位器调节放大倍数的 Rw4 调到适当位置 注意 不能置于逆时针最小位置 调节电位器 Rw3 使电压表显示为 0V 关闭主控台电源 Rw3 Rw4 的位置确定后不能改动 3 按图 2 连线 将应变式传感器的其中一个应变电阻 如 R1 接入电桥与 R5 R6 R7 构成一个单臂直流电桥 图图 2 2 单臂电桥面板接线图单臂电桥面板接线图 4 加托盘后电桥调零 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 预热五分钟 调节 Rw1 使电压表显示为零 5 在应变传感器托盘上放置一只砝码 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 200g 砝码加完 记下实验结果 填入表 1 表表 1 1 单臂 半桥 全桥测量时 输出电压与砝码重量的关系单臂 半桥 全桥测量时 输出电压与砝码重量的关系 重量 g 单臂 半桥 电压 mV 全桥 6 不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边 如图 3 电桥输出灵敏度提高 非 线性得到改善 当两只应变片的阻值相同 应变数也相同时 半桥的输出电压为 3 R REkE U 22 0 式 3 表明 半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系 保持 Rw3 Rw4 的位置不变 按图 3 接线 将受力相反 一片受拉 一片受压 的两只 应变片接入电桥的邻边 加托盘后调节 Rw1 将电桥调零 在应变传感器托盘上放置一只砝 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 200g 砝码加完 记下实 验结果 填入表 1 图图 3 3 半桥电桥面板接线图半桥电桥面板接线图 7 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 4 当应变片初始值相等 变化量也相等时 其桥路输出 Uo 4 R R E 式中为电桥电源电压 为电阻丝电阻相对变化 E R R 式 4 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 保持 Rw3 Rw4 的位置不变 按图 4 接线 将四只应变片接入电桥 始终保持相邻的两 只应变片受力方向相反 加托盘后调节 Rw1 将电桥调零 在应变传感器托盘上放置一只砝 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 200g 砝码加完 记下实 验结果 填入表 1 8 实验结束后 关闭实验台电源 整理好实验设备 图图 4 4 全桥电桥面板接线图全桥电桥面板接线图 五 实验总结五 实验总结 1 根据实验所得数据计算单臂系统灵敏度 S1 U W U 输出电压变化量 W 重量变化量 2 计算单臂电桥的非线性误差 f1 m yF S 100 式中 m 为输出值 多次测量时为平均值 与拟合直线的最大偏差 yF S为满量 程 200g 输出平均值 3 根据所得实验数据 计算半桥的灵敏度 S2 和非线性误差 f2 4 根据实验数据 计算全桥的灵敏度 S3 和非线性误差 f3 5 比较三种电桥的灵敏度和非线性误差 将得到的结论与理论计算进行比较 六 预习及思考六 预习及思考 1 预习教材中有关电阻应变传感器的内容 2 引起半桥测量的非线性误差原因是