实验三十六金属箔式应变实验

1、实验三十六金属箔式应变实验练习一金属箔式应变片一一单臂电桥性能实验一、实验目的了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。二、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：R = p（1）S当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长/,横截面积相应减小M，电阻率因晶格变化等因 素的影响而改变S，故引起电阻值变化对式（1）全微分，并用相对变化量来表示，则有：A/? A/ AS Ap=+ （2）R I S p式中的哆为电阻丝的轴向应变，用表示，常用单位“ （IZ/IXIO-6若径向应变为參，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊

2、松比表示为% =-“（瞬），因为參二2 （%）,则（2）式可以写成：式（3）为“应变效应”的表达式。心称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，心受两个因素影响,一个是（1+2），它是材料的几何尺寸变化引起的的（称“压阻效应”）。对于金属材料而言，以前者为主，则&1 + 2“，对半导体，心值主要是由电阻 率相对变化所决泄。实验也表明，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 丝的灵敏系数忍产2左右。用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表而上。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

3、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a = Es（4）式中。一一测试的应力：E材料弹性模量。可以测得应力值（儿通过弹性敏感元件，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虽:，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。三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、祛码、数显表、15V电源、5V电源、万用表（自备）。四、实验内容与步骤：R1R21、应变片的安装位置如图（1）所示，应变式传感器已装到应变传感器模块上。传感器中各应变片已 接入模板的左上方的Rl、R2、R3、R46可用万用

4、表进行测量，R1二R2二R3二R4二350 Q 2、接入模板电源15V （从主控箱引入），检查无误后，合上 主控箱电源开关，顺时针调肖Rw2使之大致位于中间位置，再进行 差动放大器调零，方法为：将差放的正、负输入端与地短接，输出 端与主控箱而板上数显电压表输入端Vi相连，调肖实验模板上调 零电位器Rw3,使数显表显示为零，（数显表的切换开关打到2V档）。 关闭主控箱电源。（注意：当Rw2的位巻一旦确左，就不能改变。）3、按图2将应变式传感器的其中一个应变片R1 （即模板左上图1应变式传感器安装示意图方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥，R5、R6、R7模块内已接好，接好

5、电桥调 零电位器Rwl,接上桥路电源5Y,此时应将5V地与15V地短接（因为不共地）如图2所示。检查接 线无误后，合上主控箱电源开关。调节Rwl,使数显表显示为零。R 2 -TO表1单臂电 桥输出电压 与所加负载 重疑值R o T IsR.QtrtsR.Qtyts50V Sv50elkL-I5V GND-H5VCZZ)20KR .0PD7IOKH=：RixtE4、在祛码盘上放置一只祛码，读取数显表数值，以后每次增加一个舷码并读取相应的数显表值，直 到200g磁码加完。记下实验结果填入表1,关闭电源。图2应变式传感器单臂电桥实验重量（g）电压（mv）5、根据表1计算系统灵敏度S = AU/W （

6、 A/输出电压的变化量，zXW重量变化量）和非线性误差 S；FAm/yrs X100%式中也（多次测量时为平均值）为输出值与拟合直线的最大偏差：汕满量程 输出平均值,此处为200g.五、实验注意事项：1、不要在祛码盘上放置超过lkg的物体，否则容易损坏传感器。2、电桥的电压为5Y,绝不可错接成15V,否则可能烧毁应变片。六、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。七、实验报告要求：1记录实验数据，并绘制岀单臂电桥时传感器的特性曲线。2从理论上分析产生非线性误差的原因。练习二金属箔式应变片一一半桥性能实验一、实验目

7、的：1、了解半桥的工作原理。2、比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解英特点。二、基本原理：把不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输岀灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片 阻值和应变虽:相同时，其桥路输出电压Uo=EGe /2。式中E为电桥供电电压。三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、祛码、数显表、15V电源、5V电源。四、实验内容与步骤:1、接入模板电源15V （从主控箱引入），检査无误后，合 方法为：将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱而板 上数显电压表输入端Vi相连，调右实验模板上调零电位器Rw3, 使数显表显示为零，（数显表的切换开关打到2Y档）。关闭主控 箱电源。

8、2、根据图1接线。RI、R2为实验模板左上方的应变片，注 意R2应和R1受力状态相反，即将传感器中两片受力相反（一片 受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。接入桥路电 源5V,调石电桥调零电位器Rwl进行桥路调零，重复实验一中的步骤4、5,将实验数据记入表1,计算灵敏度S, =AU/MV ,非线性误差厶。若实验时显示数值不变化说明R1与R2两应变 片受力状态相同。则应更换应变片。表1半桥测疑时，输出电压与加负载重量值匕主控箱电源开关，进行差动放大器调零,Ri R? Ri R-接放大电路5RWi重量（g）电压（mV）五、实验注意事项：1、不要在祛码盘上放置超过lkg的物体，否则容易损坏传

9、感器。2、电桥的电压为5V,绝不可错接成15V,否则可能烧毁应变 片。六、思考题：1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。2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。七、实验报告要求：1、记录实验数据，并绘制出单臂电桥时传感器的特性曲线。2、分析为什么半桥的输出灵敏度为什么比半桥时高了一倍，而且 菲线性误差也得到改善。图1应变式传感器全桥实验接线练习三金属箔式应变片一一全桥性能实验一、实验目的：了解全桥测量电路的原理及优点。二、基本原理：全桥测量电路中，将受

10、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：R1=R2=R3=R4, 英变化值AR1=AR2= AR3= AR4时，其桥路输出电压S = KE 。英输出灵敏度比半桥又提高了一倍， 非线性误差和温度谋差均得到明显改善。三、需用器件和单元：应变式传感器实验模板、祛码、数显表、15V电源、5V电源。四、实验内容与步骤：1、根据1接线，实验方法与实验二相同。将实验结果填入表1：进行灵敏度和非线性误差计算。 表1全桥输出电压与加负载重量值重量g）电压（mV）五、实验注意事项:R0呂 3 4 R R nu nu 呂呂 呂呂图2 应变式传感器受拉时传感器周面展开图1、不要在祛码盘上放置超过lkg的

11、物体，否则容 易损坏传感器。2、电桥的电压为5Y,绝不可错接成15V。六、思考题：1、全桥测量中，当两组对边（Rl、R3为对边） 值R相同时,即R1=R3, R2=R4,而R1HR2时， 是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。2、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。七、实验报告要求：1、根据所记录的数据绘制出全桥时传感器的特性曲线。2、比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，并从理论上加以分析比较，得岀相应的结论。练习四直流全桥的应用一一电子秤实验一、实验目的：了解应变直流全桥的应用及电路的标左。二、基本原理

12、：电子秤实验原理为实验三，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，电压虽纲（V）改为重疑量纲（g）即成为一台原始的电子秤。三、需用器件和单元：应变式传感器实验模板、祛码、数显表、15V电源、5V电源。四、实脸内容与步骤：1、按练习一中2的步骤，将差动放大器调零，按图1全桥接线，合上主控箱电源开关，调节电桥平衡电位器Rwl，使数显表显示0.000V （2V档）。2、将10只祛码全部置于传感器的托盘上，调盯电位器Rw2（增益即满量程调巧）使数显表显示为0. 200V0.200Vo3、拿去托盘上的所有舷码，调节电位器Rwl （零位调节）使数显表显示为0. 000Vo4、重复2

13、、3步骤的标左过程，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、把祛码依次放在托盘上，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）1、根据上表，讣算误差与非线性误差。五、实验注意事项：1、不要在祛码盘上放置超过lkg的物体，否则容易损坏传感器。2、电桥的电压为5Y,绝不可错接成15V。六、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。附录1实验箱温度控制简要原理当总电源开关合上，并且温度控制器的开关也闭合时，如果温度控制器测得的温度低于

14、设左的温度值, 那么温度控制器面板上ALM2灯亮（ALM2为一继电器的常开触点，恒流源是与这个常开触点串联的），内部 继电器闭合，温度模块开始加热，加热电源为1A恒流源，当温度加热到略髙与设左温度值时，ALM2灯火, 内部继电器断开，温度模块停止加热，但由于温度的惯性比较大，因此当温度模块停I匕加热后，仍有一泄 的向上的冲量。附录2温度控制器使用说明1仪表通电显示窗先显示PV窗输岀代码、SV窗输入代码，后显示PV窗量程上限.SV窗量程下限（N型 显示PV窗Jdo5、SV窗2003）,随后即进入工作状态，其中PV显示的为测量的温度值，SV显示的为 设左的温度值，当SV的值大于PV的值时ALM2灯

15、亮，恒流源有输出，当PY的值大于SV的值时，ALM1灯 亮，恒流源无输出，按SET键0. 5秒SV显示窗闪烁，此时可改变设左值，再按SET键0. 5秒确认，如需 要修改其他参数，必须按住SET键大于3秒，即进入B菜单，可按要求逐一修改内容（见操作流程表）， 修改完毕再按SET键05秒若干下，退出菜单，如15秒内无键按下（该窗内新设置的数据无效）自动进 入新的工作状态。2、当输入信号大于量程上限时，仪表显示，当输入信号小于超出量程下限10%以上时，仪表仍显示，并切断主控输出：当输入信号略小于量程下限时，仪表显示o3、当温度控制效果不够理想时，可以通过人工后自整泄来改变PID参数。操作方法如下：人

16、工修正： 将仪表进入B菜单至P窗，再用温度控制器下而的三个箭号键来修正P值.再按SETO. 5S进入I窗，I、d. T的修正方法同上，然后再按SET键0.5S若干下返回正常工作状态，即开始新的PID参数。自整左修正: 先把主控设左再实际使用值后实用值的80$左右，再将仪表进入B菜单至ATU窗后选择（1）选号按SET键 确认后仪表即进入自整左状态，同时AT灯亮，带自整泄完成AT灯火仪表即按新的自整立PID参数工作。 用自整定修正PID值时应该注意当负载为多段串联加热方式（如挤出机械），其中某段进入自整立过程时, 应尽量保持相邻前后二段的温度不变，否则会影响自整定效果。4、PID参数的设置原则：P

17、比例带设左，一般取上过冲值的2倍，当温度有规律波动（系统振荡）应增加比例带.当温度无规律 漂动时，应减少比例带。I积分时间设泄，当温度有规律波动时，应增加积分时间，当温度很长时间不能消除静差时应减少积分 时间。D微分时间设龙，一般取积分时间的1 /5-1/4,微分时间的增加有助于减少系统的超调。5、PID控制与位式控制功能的切换方法：若需把仪表切换成位式控制（常规仪表出厂设置为PID控制）， 正常工作状态仪表按住SET键3S以上进入B菜单后，再按SET键0. 5S若干下至P窗，把P设为0后按SET 键若干下至T窗，把T设为1即进入位式控制，其控温范用（切换差）可通过该变dp值来实现，位式控制时

18、的dp值举例：SV=100c时，设dp二125%,则实际输出控制范围为87.51125Co若需返回至PID控制时，把P、T、 dp值还原即可。PID控制适用于髙精度控温场合，系统配置稳左合理可达到1个字精度：位式控制适用 于控制某一段范羽内的温度。6、限制功能，如仪表为连续电流或电压控制及输出时为限幅：如仪表时断续通断式输出时为限制输岀通 断时间比例关系，也就是周期（T）内最长导通时间的百分比。7、失常请检査仪表参数是否被误修改，传感器部分是否失效。按键不起作用，请检査LCK键是否被锁泄。8、各参数功能：而板功能：SET：功能键：PV：当前测量值：SV：主控设左值；OUT：主控输出指示ALM1

19、： ALH1报警输出指示；ALM2： ALM2报警输出指示：AT：自整立指示向左箭号：移位键：向下箭号：减键：向上箭号：加键参数常规设左范1羽AH随机土全量程AL随机土全量程ATU00自整定关1自整泄开dp0. 10. 1 125P40（位式0）0 125I20013600Sd5011200ST20 （位式1）1 60SSC020.0dT0/103UP100%30100$HC11正向（加热）0反向（制冷）LCK00 不锁2 全锁他B单 貝锁菜一附录：THQC-1型典型传感元件使用说明书一 组成和使用1、实验箱的供电实验箱的后方设有带保险丝管（2A）的220Y单相电源插座，另配有三芯插头电源线一

20、根。箱内设 有两个变压器，为实验板提供多组低压交流电源。2、一块大型（430mmX320mm）单而敷铜印刷线路板，上而可放置各种传感器模块，配有各种电源、 仪表及其他元器件。3、实验箱配有以下几个模块：霍尔传感器实验模块，差动变压器实验模块，电容式传感器实验模块, 温度传感器实验模块，应变式传感器实验模块，光电模块，英中温度传感器实验模块包括PtlOO温度传感 器，AD590集成温度传感器，NTC、PTC热敏电阻。光电模块包括光敏电阻和光电二极管两种传感元件。4、直流稳压电源提供15V/0.3A, 5V/0. 3A四路直流稳压电压。5、音频信号发生器：频率范圉：1K-10K,正相和反相同时输岀，输出幅度7V。6、频率计：1HzlOKHzo7、温度控制器：测量范用：8、两组恒流源：020mA：光电模块中发光二极管的电源，1A：温度模块中加热器的电源。9、本实验箱还提供有足够的长短不一的实验专用连接导线一套。二 实验内容本实验提供的实验项目如下：（1）金属箔式应变片一一单臂电桥性能实验（2）金属箔式应变片一一半桥性能实验（