(完整word版)实验一(word文档良心出品).doc

1、实验一金属箔式应变片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：Rl（ 1）S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：RlS（ 2）RlS式中的l 为电阻丝的轴向应变，用表示，常用单位（1=16mm）。l10mm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r（l，因为Sr

2、），则（ 2）式可以写成：rl）S =2（rRlll（ 3）Rl（）（l l）lk0 l1 21 2式（ 3）为“应变效应”的表达式。k0 称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见， k0 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k0 12，对半导体， k0 值主要是由电阻率相对变化所决定。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k0 =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

3、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。可以测得应力值 。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。三、 需用器件与单元传感器实验箱（一）中应变式传感器实验单元、砝码、智能直流电压表（或虚拟仪表中直流电压表） 、 15V 电源、 5V 电源，传感器调理电路挂件。四、实验内容与步骤1应变片

4、的安装位置如图1-1 所示，应变式传感器已装在传感器实验箱（一）上，传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4，可用万用表测量R1R2R1=R2=R3=R4=350 。R4R3图 1-1应变式传感器安装示意图2把15V 直流稳压电源接入“传感器调理电路”实验挂箱，检查无误后，开启实验台面板上的直流稳压电源开关，调节 Rw3 使之大致位于中间位置（ Rw 3 为 10 圈电位器），再进行差动放大器调零，方法为：将差动放大器的正、负输入端与地短接，输出端Uo2 接直流电压表， 调节实验模板上调零电位器Rw 4，使直流电压表显示为零，关闭直流稳压电源开关。（注意：当Rw 3 的位置一

5、旦确定，就不能改变。）图 1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图3按图 1-2 将应变式传感器的其中一个应变片R1（即模板左上方的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） ，接好电桥调零电位器 Rw1，接上桥路电源 5V ，如图 1-2 所示。检查接线无误后，合上直流稳压电源开关，调节 Rw1，使直流电压表显示为零。4在砝码盘上放置一只砝码，待直流电压表数值显示稳定后，读取数显值，以后每次增加一个砝码并读取相应的测量值，直到200g 砝码加完，记下实验结果填入表1-1，关闭电源。表 1-1 单臂电桥输出电压与所加负载重量值重量 (g

6、)20406080100120140160180200电压 (mv)14691214172124255. 根据表1-1计算系统灵敏度SU/W（U输出电压的变化量，W 重量变化量）和非线性误差 f1=m/y FS100式中m （多次测量时为平均值）为输出值与拟合直线的最大偏差：yFS满量程输出平均值,此处为200g。五、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 ，否则可能烧毁应变片。3“传感器调理电路”实验挂箱中有两组15V 电源，位于“差动变压器实验”单元的15V 电源负责对“差动变压器实验”单元、“应变片传感器实验”单元

7、、“移相器”单元、“相敏检波”单元、 “压电式传感器实验”单元和“低通滤波”单元供电，位于“电容式传感器实验”单元的15V 电源只给本单元供电。注意：两组电源不要一起连接，否则对实验效果会有影响。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。答：应选用正应变片。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从理论上分析产生非线性误差的原因。答：电阻变化率R/R 不可能完全呈线性增加。实验二金属箔式应变片半桥性能实验一、实验目的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、了解其特点。二

8、、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，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U O2 EG/ 2 。式中 E 为电桥供电电压。三、需用器件与单元传感器实验箱 （一） 中应变式传感器实验单元，传感器调理电路挂件中应变式传感器实验模板、砝码、智能直流电压表（或虚拟直流电压表）、 15V 电源、 5V 电源。四、实验内容与步骤1把15V 直流稳压电源接入“传感器调理电路”实验挂箱，检查无误后，开启实验台面板上的直流稳压电源开关，调节 Rw3 使之大致位于中间位置（ Rw 3 为 10 圈电位器），再进行差动放大器调零，方法为：将差动放大器的正、

9、负输入端与地短接，输出端Uo2 接直流电压表， 调节实验模板上调零电位器 Rw 4，使直流电压表显示为零， 关闭直流稳压电源开关。（注意：当 Rw 3 的位置一旦确定，就不能改变。 ）2根据图 2-1 接线。 R1、 R2 为传感器实验箱（一）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 ，调节电桥调零电位器Rw1 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 2-1，计算灵敏度 S2U / W ，非线性误差f 2 。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

10、。则应更换应变片。图 2-1 应变式传感器半桥实验接线图表 2-1 半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量（ g） 20406080100120140160180200电压（ mv ） 381318222732374247五、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 ，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。答：放在邻边。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

11、正为零。答：电桥测量原理上存在非线性误差。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，而且非线性误差也得到改善。答：把不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压 UO2 /2EG，式中 E 为电桥供电电压。实验三金属箔式应变片全桥性能实验一、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，其变化值R1R2R3R4 时，其桥路输出电压U03 KE

12、。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。三、需用器件和单元传感器实验箱（一）中应变式传感器实验单元，传感器调理电路挂件、砝码、智能直流电压表（或虚拟直流电压表）、 15V电源、 5V 电源。四、实验内容与步骤1根据图 3-1 接线，实验方法与实验二相同。将实验结果填入表3-1；进行灵敏度和非线性误差计算。表 3-1 全桥输出电压与加负载重量值重量（ g）20406080100120140160180200电压（ mv ）9192838485767778695图 3-1应变式传感器全桥实验接线图五、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 。六、思考题1全桥测量中，当两组对边（R1、 R3 为对边）值R 相同时，即R1R3 ，R2 R4，而 R1R2 时，是否可以组成全桥： （ 1）可以（ 2）不可以。答：不可以。图 3-2应变式传感器受拉时传感器周面展开图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