电阻应变式传感器灵敏度特性的研究.

1、电阻应变式传感器灵敏度特性的研究PB05204044张雯实验组别：20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。(2) 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。(3) 掌握电阻应变式传感器的使用方法和使用要求。(4) 通过称重实验学习电子秤的原理并能设计简单的电子秤实验仪器：电阻应变式力学量传感器，变换测量电路，平行梁，传感器称重托盘，加载重物，直流稳压电源，开关，伏特计，交流供电的金属箔式应变电桥，差分放大器，音频振荡器，移相器，砝码，检波器实验原理与原始数据部分见已递交的预习报告(原始数据在实验搭档张丽娜处)数据处理:(1)单臂电桥由原始数据可

2、得下表m/g102030405060708090100Vi /V0.0030.0080.0140.0180.0210.0250.0280.0340.0380.043Vi /V0.0050.0100.0150.0190.0220.0260.0310.0350.0380.043V i /V0.00400.00900.01450.01850.02150.02550.02950.03450.03800.0430V(Vi 5一/VVi)0.02150.02050.02000.01950.0215表a)计算灵敏度及不确定度由灵敏度计算公式：S-其中 V (Vi 5 Vi)WW mi 5 mi 60 10

3、50g(VT1 Vi)因此,0.0206 Vi / i 50.0215 0.0205 0.0200 0.0195 0.021555(mii 1mi)50 g0.0206500.00041244.1210 V/g下面计算S的不确定度：首先，对 V，统计计算结果（V） 0.000894 VV 的A类不确定度：P=0.95n=5取t p =2.78/ 、，、丄 (V ) c 0.000894 ccc、，u A ( V ) tp2.78.0.0011Vx/nV5V 的 B 类不确定度：V仪0.0005V k p 1.96 C=3P=0.95V 仪0.0005ub ( V) K p 1.960.0003

4、3Vp C30.0011V合成不确定度：u ( V)JuA( V )2 uB( V)20.0011 20.00033 2(P=0.95)由上数据可计算S的不确定度V由公式 S以及已知的 u( V) 0.0011V，u( W) 0 (P=0.95)W依据不确定度传递规律，得到S的合成不确定度公式u(S) u( V) 0.00110.23 10 4V/g (P=0.95)W 504综上，实验测得 S S u(S) (4.120.23) 10 V/g (P=0.95) b）由原始数据可作出上升和下降两条曲线，如图:0.050W/gi）由图可得拟合后上升直线li各参数:ParameterValueEr

5、rorA-2.66667E-46.71648E-4B14.26667E-41.08246E-5因此依据实验原理 S B144.27 10 V/gii）又由图可得拟合后上升直线I2各参数：l2 : Y = A2 + B2X 其中origin提供的参数值ParameterValueErrorA0.00184.46535E-4B24.10909E-47.19657E-6因此依据实验原理b24.11 10 4 V/gS 4.27 4.11S4.19 V/g2 2origin提供的参数值由以上结果可见，作图法与列表法求出的灵敏度li：Y = A i + BiX 其中S在误差允许范围内可以认为近似相等,上

6、升曲线和下降曲线并不一致。因为金属片在受力形变的过程中，对应物理量的变化有滞后现象。但两条曲线的斜率几乎一样。（2 ）半桥电路 由原始数据可得下表m/g102030405060708090100Vi /V0.0070.0160.0220.0290.0380.0470.0560.0650.0750.083Vi/V0.0140.0210.0260.0350.0450.0540.0600.0700.0770.083V i /V0.01050.01850.02400.03200.04150.05050.05800.06750.07600.0830V(Vi 5/VVi)0.04000.03950.043

7、50.04400.0415表a）计算灵敏度及不确定度由灵敏度计算公式：S其中 V (Vi 5 Vi)WW mi 5 mi 60 10 50g5 _(Vi 5 Vi)因此，有 Vii0.0400 0.0395 0.04350.0440 0.0415J0.0417V55(mi 5 mi)50gi 15V 0.0417W 500.00083448.3410 V/gF面计算S的不确定度:首先，对 V，由统计计算结果(V) 0.00202 VV 的A类不确定度：P=0.95n=5取t p =2.78ua( V)2.780.002020.0025 vV的B类不确定度：V仪0.0005V k1.96 C=3

8、P=0.95V 仪0.0005Ub ( V) K p 1.960.00033Vp C30.0025V合成不确定度：u ( V) Jua( V)2 Ub( V)20.0025 20.00033 2(P=0.95)由上数据可计算S的不确定度-V由公式 S以及已知的 u( V) 0.0025 V, u( W) 0 (P=0.95)W依据不确定度传递规律，得到S的合成不确定度公式u( V) 14u(S)0.00250.51 10 V/g (P=0.95)W 50综上，实验测得 S S u(S) (8.34 0.51) V/g (P=0.95)b)由原始数据可作出上升和下降两条曲线，如图：i)由图可得拟

9、合后上升直线h各参数:h:Y = A 1 + B1X其中origin提供的参数值Parameter ValueError0.001-0.00293Bi8.49697E-41.61547E-5因此依据实验原理sBi8.50 10 4 V/gii）又由图可得拟合后上升直线12各参数：I2 : Y = A 2 + B?X其中origin提供的参数值Parameter ValueErrorA0.00460.00104B27.98182E-41.67299E-5因此依据实验原理 S24B27.98 10 V/gS| S28.50 7.982 28.24 V/g由以上结果可见，作图法与列表法求出的灵敏度S

10、在误差允许范围内可以认为近似相等全桥电路由原始数据可得下表m/g102030405060708090100Vi /V0.0150.0280.0430.0550.0680.0850.1060.1240.1390.155Vi/V0.0210.0330.0540.0700.0840.1040.1180.1320.1450.155V i /V0.01800.03050.04850.06250.07600.09450.11200.12800.14200.1550V(Vi 5/VVi)0.07650.08150.07950.07950.0790表a）计算灵敏度及不确定度由灵敏度计算公式：S其中 V (Vi

11、 5 Vi)WW mi 5 mi 60 10 50g因此，有 V5 _(Vi 5 Vi)i 10.0765 0.0815 0.0795 0.0795 0.07900.0792 V(mi 5mi)50gV 0.0792W 500.00158415.8410 4 v/gF面计算S的不确定度:首先,对 V ，由统计计算结果(V) 0.00179 V的A类不确定度：P=0.95n=5取 t p =2.78UB (V) tpn2.780.0017950.0022 mm的B类不确定度:0.0005V k1.96 C=3p=0.95V) KpV1.960.00050.00033V合成不确定度:u( V) ,

12、ua ( V )2 ub( V )2. 0.0022 20.00033 20.0022V(P=0.95)由上数据可计算S的不确定度由公式 S 以及已知的u( V) , u( W) 0(P=0.95)W依据不确定度传递规律，得到S的合成不确定度公式u(S) U( V) 丄 0.00220.45 10 4V/g (P=0.95)W 50综上，实验测得 S S u(S) (15.840.45) V/g (P=0.95)b)由原始数据可作出上升和下降两条曲线，如图i）由图可得拟合后上升直线li各参数:l1 : Y = A 1 + B1X 其中origin提供的参数值ParameterValueErro

13、rA-0.005270.00245B10.001583.95475E-5因此依据实验原理 SB1 15.80 10 4 V/gii）又由图可得拟合后上升直线12各参数： l2：Y = A 2 + B2X 其中origin提供的参数值ParameterValueErrorA0.00680.0024B20.001543.86266E-5因此依据实验原理 S24B215.4 10 V/g15.8 15.4215.60 V/g由以上结果可见，作图法与列表法求出的灵敏度S在误差允许范围内可以认为近似相等(4)三种桥路的比较在同一坐标中作出三种桥路的上升和下降曲线如图所示: BCDEFG-up1-down

14、1-up2-down2-up3-down3由上图以及前面的计算得知，在单臂电桥中S14.19 V/g，在半桥电路中 S 8.24 V/g，在全桥电路中 S3 15.60 V/g，在一定的误差允许范围内S1 : S2 : S3 1:2:4,在单臂电桥中，灵敏度最低而且是近似值有非线性误差。半桥电路灵敏度提高一倍，没有非线性误差全桥电路灵敏度最高，约为单臂电桥的4倍。误差分析:(1) 实验仪器灵敏度很高，轻触接线就会使数据有0.003V左右的波动，因此会给实验结果带来误差(2) 实验开始时需调节电桥平衡，使输出电压为零。而实际上输出电压只能调至0.002之间，即使调到了零，一个轻小的振动也会使输出电压偏离零，因而造成了实验误差。(3) 在单臂电桥中，由于输出电压忽略了分母中的R1项，因而得出的是近似值，存在着非线性误差。实验结果：实验中研究和比较了电阻应变式传感器配合单臂、半桥、全桥三种转换和测量电路的灵敏度特性，采用逐差法和作图法处理实验数据，得到的实验结果如下：逐差法（P=0.95）作图法1单臂电桥4S S u(S) (4.120.23) 10 V/gS 4.19v/g半桥电路S S u(S) (8.340.51) V