实验报告 传感器技术一.doc

实验报告 传感器技术(一) 6系07级 姓名:刘贝 No.PB07210062一.实验题目:电阻应变式传感器灵敏度特性的研究.二.实验目的:了解电阻应变式传感器的基本原理,结构,基本特性和使用方法.研究比较电阻应变式传感器配合不同转换和测量电路的灵敏度特性,从而掌握电阻应变式传感器的使用方法和使用要求;通过称重实验学习电子秤的原理并能设计简单的电子秤.三.实验原理:(1).物理基础. 考查一段金属导线,设其长度为L,面积为A.导线电阻为R=L/A. dR/R=dL/L-dA/A+d/. 而dR/R=k0. 式中k0为电阻应变敏感材料的灵敏系数. k0=(1+2)+d/. L 2(r+r) F 2r F 金属丝受力时几何尺寸变化示意图 L(2).电阻应变式传感器的转换电路 R1 R2 I R1 R2 R1 R2 R1 R2 U0 U0 R4 U0 R4 R4 R4 R3 R3 R3 R3 U U U U (a).电桥电路 (b).单臂电桥 (c).半桥电路 (d).全桥电路 电桥电路(3).公式推导: I=(R1R4-R2R3)U/(R1(R1+R2)(R3+R4)+R1R2(R3+R4)+R3R4(R1+R2). 当I=0时,电桥平衡. R1R4=R2R3 或 R2/R1=R4/R3. U0=U(R4/R3)(R1/R1)/(1+R4/R3)(1+R2/R1+R1/R1). 定义k0=U0/(R1/R1). 设桥臂比为n=R2/R1. U0=nUR1/R1(1+n)2. k=nU/(1+n)2. U01=nUR1/R1/(1+n)(1+n+R1/R1). =(U0-U)/U0=R1/R1/(1+n+R1/R1). U02=U(R1+R1/(R1+R1+R2-R2)-R3/(R3+R4). 设R1=R2=R3=R4. 则U02=UR1/2R1. U03=UR1/R1.四.实验数据处理:(1).测量电阻应变传感器单臂电桥灵敏度. 表一:单臂电桥灵敏度所得的电压值(V)与重物个数(W)的关系(增)W(重物个数)012345678910V (电压值)00.0120.0230.0350.0480.0590.0720.0840.0960.1080.12 表二:单臂电桥灵敏度所得的电压值(V)与重物个数(W)的关系(减)W(重物个数)109876543210V (电压值)0.120.1070.0940.0820.0690.0570.0450.0330.020.0080.001 由以上两个表可绘出下面的单臂电桥的电压值-重物个数的曲线图: 单臂电桥灵敏度的电压值(V)-重物个数(W)关系曲线 由这两条按拟合后的曲线分析如下:2008-10-04 19:09 /Graph2 (2454743) Linear Regression for Sheet2_B:Y = A + B * XParameterValueError-A-5E-42.62869E-4B0.012054.4433E-5-RSDNP-0.999944.66017E-4110.0001-2008-10-04 19:11 /Graph2 (2454743)Linear Regression for Sheet2_D:Y = A + B * XParameterValueError-A-0.002869.13248E-4B0.012141.54367E-4-RSDNP-0.999270.00162110.0001- 由以上的数据分析可知,单臂电桥中,数据误差P均小于0.0001,所以,在考虑到实验仪器和实验中一些客观因素的影响,认为这次实验值是可靠的.得出的单臂电桥灵敏度dV/dW,即直线的斜率分别为:k1=0.01205,k2=0.01214.(2).测量电阻应变传感器半桥电路灵敏度. 表一:半桥电路灵敏度所得的电压值(V)与重物个数(W)的关系(增)W(重物个数)012345678910V (电压值)00.0280.0540.0920.1190.1450.1690.1950.220.2450.269 表二:半桥电路灵敏度所得的电压值(V)与重物个数(W)的关系(减)W(重物个数)109876543210V (电压值)0.2690.2450.220.1960.1720.1470.1220.0970.0730.0480.024由以上两个表可绘出下面的半桥电路的电压值-重物个数的曲线图: 半桥电路灵敏度的电压值(V)-重物个数(W)关系曲线由这两条曲线拟合后的数据分析如下:2008-10-04 19:49 /Graph1 (2454743)Linear Regression for Sheet2_B:Y = A + B * XParameterValueError-A0.004770.00274B0.026974.6326E-4-RSDNP-0.998680.00486110.0001-2008-10-04 19:49 /Graph1 (2454743)Linear Regression for Sheet2_D:Y = A + B * XParameterValueError-A0.023822.37835E-4B0.024564.02015E-5-RSDNP-0.999994.21637E-4110.0001- 由以上的数据分析可知,半桥电路中,数据误差P均小于0.0001,所以,在考虑到实验仪器和实验中一些客观因素的影响,认为这次实验值是可靠的.得出的半桥电桥灵敏度dV/dW,即直线的斜率分别为:k1=0.026973,k2=0.02456(3).测量电阻应变传感器全桥电路灵敏度. 表一:全桥电路灵敏度所得的电压值(V)与重物个数(W)的关系(增)W(重物个数)012345678910V (电压值)0.0010.0230.0480.0720.0950.1180.1450.1740.1910.2150.238 表二:全桥电路灵敏度所得的电压值(V)与重物个数(W)的关系(减)W(重物个数)109876543210V (电压值)0.2380.2150.1860.170.1380.1140.0860.0670.0450.0250.003由以上两个表可绘出下面的全桥电路的电压值-重物个数的曲线图: 全桥电路灵敏度的电压值(V)-重物个数(W)关系曲线由这两条曲线拟合后的数据分析如下2008-10-04 19:53 /Graph1 (2454743)Linear Regression for Sheet2_B:Y = A + B * XParameterValueError-A1.81818E-40.00133B0.023962.24406E-4-RSDNP-0.999610.00235110.00012008-10-04 19:54 /Graph1 (2454743)Linear Regression for Sheet2_D:Y = A + B * XParameterValueError-A-0.001910.00235B0.023783.97929E-4-RSDNP-0.998740.00417110.0001由以上的数据分析可知,全桥电路中,数据误差P均小于0.0001,所以,在考虑到实验仪器和实验中一些客观因素的影响,认为这次实验值是可靠的.得出的全桥电桥灵敏度dV/dW,即直线的斜率分别为:k1=0.02396,k2=0.02378(4).测量电阻应变传感器交流电桥电路灵敏度.表一:交流电桥电路灵敏度所得的电压值(V)与重物个数(W)的关系(增)W(重物个数)012345678910V (电压值)00.0080.0220.0310.040.0490.0580.0670.0750.0840.093 表二:交流电桥电路灵敏度所得的电压值(V)与重物个数(W)的关系(减)W(重物个数)109876543210V (电压值)0.0930.0830.0750.0660.0570.0480.0390.0310.0230.0130.005由以上两个表可绘出下面的交流电桥电路的电压值-重物个数的曲线图:由这两条曲线拟合后的数据分析如下2008-10-04 20:04 /Graph1 (2454743)Linear Regression for Sheet2_B:Y = A + B * XParameterValueError-A0.001649.16936E-4B0.009251.5499E-4-RSDNP-0.998740.00163110.00012008-10-04 20:05 /Graph1 (2454743)Linear Regression for Sheet2_D:Y = A + B * XParameterValueError-A0.004643.0212E-4B0.008765.10676E-5-RSDNP-0.999855.35601E-4110.0001由以上的数据分析可知,交流电桥电路中,数据误差P均小于0.0001,所以,在考虑到实验仪器和实验中一些客观因素的影响,认为这次实验值是可靠的.得出的单臂电桥灵敏度dV/dW,即直线的斜率分别为:k1=0.00925,k2=0.00876 五.实验数据分析: 由三个曲线图可看出实验中出现了一些问题.比如实验开始时调零实现的不是太好.即所得的图象中理论上应该过坐标原点,但并未这样,这其中可能有仪器自身的原因,也可能由实验者