传感器-应变片模板

1、箔式应变传感器性能研究与应用箔式应变传感器性能研究与应用9-11周周13:30【实验任务实验任务】理解传感器的工作过程、方法和应用技术理解传感器的工作过程、方法和应用技术 【实验目的实验目的】一、培养学生根据实验课题通过自行查阅资料，设计电路，一、培养学生根据实验课题通过自行查阅资料，设计电路，再由实验室所提供的实验仪器确定方案，自主实验的能力。再由实验室所提供的实验仪器确定方案，自主实验的能力。二、掌握传感器的工作原理和性能，学习传感器的应用方法。二、掌握传感器的工作原理和性能，学习传感器的应用方法。【实验仪器实验仪器】传感器系统综合实验台、应变式传感器实验模块、砝码若干传感器系统综合实验台

2、、应变式传感器实验模块、砝码若干（每个（每个20g)、导线若干、实验模块电源线、导线若干、实验模块电源线 【实验要求实验要求】一、查阅相关资料，写出一、查阅相关资料，写出电阻应变片的转换原理电阻应变片的转换原理；二、直流电桥的二、直流电桥的工作原理和特性工作原理和特性，自行设计实验方案，方，自行设计实验方案，方案中包括实验原理、案中包括实验原理、实验电路实验电路、设计数据表格。、设计数据表格。三、三、比较比较单臂、半桥的单臂、半桥的灵敏度灵敏度并用其称重。并用其称重。四、写出实验步骤及注意事项。四、写出实验步骤及注意事项。五、采集实验数据，进行数据处理和分析。五、采集实验数据，进行数据处理和分

3、析。六、写出六、写出实验总结实验总结。一、什么是传感器 定义：定义：能将感受到的物理量（如力、温度、能将感受到的物理量（如力、温度、光、声、化学成分等）转换成便于测量的光、声、化学成分等）转换成便于测量的量（一般是电学量如电压、电流）的一类量（一般是电学量如电压、电流）的一类元件。元件。 优点：优点：把非电学量转换为电学量以后，就把非电学量转换为电学量以后，就可以很可以很方便方便地进行测量、传输、处理和控地进行测量、传输、处理和控制了。制了。 分类： 光电传感器、热电传感器、 电阻传感器、电感传感器、 压电传感器、霍尔传感器、 声敏传感器、湿敏传感器等等。电阻应变式传感器：电阻应变式传感器：

4、众多的传感器中，有一大类是通过电阻众多的传感器中，有一大类是通过电阻参数的变化来实现非电量电测目的的，它参数的变化来实现非电量电测目的的，它们统称为电阻式传感器。们统称为电阻式传感器。 分为：分为：金属箔式金属箔式和半导体电阻应变片和半导体电阻应变片二、电阻应变片传感器二、电阻应变片传感器u 组成：组成：电阻应变片传感器由粘贴了电阻应变敏感电阻应变片传感器由粘贴了电阻应变敏感元件的弹性元件和变换测量电路组成。元件的弹性元件和变换测量电路组成。u 原理：原理： 被测力学量作用在一定形状的弹性元件上（如悬被测力学量作用在一定形状的弹性元件上（如悬臂梁、双孔悬臂梁等）使之产生臂梁、双孔悬臂梁等）使之

5、产生形变形变； 粘贴在其上的电阻应变敏感元件将力学量引起的粘贴在其上的电阻应变敏感元件将力学量引起的变形转化为自身变形转化为自身电阻值的变化电阻值的变化； 再由变换测量电路将电阻的变化转化为再由变换测量电路将电阻的变化转化为电压的变电压的变化化后输出。后输出。电桥电路电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种。是最常用的非电量电测电路中的一种。电阻应变式传感器基本结构电阻应变式传感器基本结构 1引出线引出线: 作为连接测量导线用，作为连接测量导线用，对测量精度至关重要；对测量精度至关重要； 2电阻丝电阻丝也叫敏感栅也叫敏感栅: 是应变片的是应变片的转换元件，传感器的核心构件；转换元件，传感器的核

6、心构件； 3粘结剂粘结剂:它的作用是将电阻丝与基它的作用是将电阻丝与基底粘贴在一起；底粘贴在一起； 4基底基底:是将传感器弹性体的应变传是将传感器弹性体的应变传送到敏感栅上的中间介质，并起送到敏感栅上的中间介质，并起到在电阻丝和弹性体之间的绝缘到在电阻丝和弹性体之间的绝缘作用和保护作用；作用和保护作用； 5覆盖层覆盖层:是一层薄膜，起到保护敏是一层薄膜，起到保护敏感栅的作用；感栅的作用；测量电路测量电路11RR22RR3R4R0U单臂电桥电路【实验原理实验原理】 应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试应变片测试时，应变片要牢固

7、地粘贴在测试体表面，测件受力发生形变，应变片的敏感体表面，测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种。种。 当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为中，电阻的相对变化率分别为R1/ R1、R2/ R2、R3/ R3、R4/ R4 ，当使用一，

8、当使用一个应变片时，个应变片时， ；当二个应变片组；当二个应变片组成差动状态工作，则有成差动状态工作，则有 RRRRRR2仪器调零仪器调零：连接主机与模块电路电源连接连接主机与模块电路电源连接线，差动放大器增益置于最大位置（顺时针线，差动放大器增益置于最大位置（顺时针方向旋到底），差动放大器方向旋到底），差动放大器“+”“”输入端输入端对地用实验线短路。输出端接电压表对地用实验线短路。输出端接电压表2V档。档。开启主机电源，用调零电位器调整差动放大开启主机电源，用调零电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线，器输出电压为零，然后拔掉实验线，调零后调零后模块上的模块上的“增益、调零增益、

9、调零”电位器均不应再变电位器均不应再变动。动。【实验步骤及内容实验步骤及内容】（图（图1）单臂电桥实验线路）单臂电桥实验线路1. R1、R2、R3为模块上的固定标准电阻，为模块上的固定标准电阻， R为应变计（可任选上梁或下梁中的一片）为应变计（可任选上梁或下梁中的一片） 图中每两个节之间可理解为一根实验连接图中每两个节之间可理解为一根实验连接 线，注意连接方式，线，注意连接方式，勿使直流激励电源短路勿使直流激励电源短路。一、研究单臂应变性能一、研究单臂应变性能2. 2. 确认接线无误后开启主机，并预热数确认接线无误后开启主机，并预热数分钟，使电路工作趋于稳定。分钟，使电路工作趋于稳定。调节调节

10、模块上模块上的的W WD D电位器，使桥路输出为零。电位器，使桥路输出为零。3.3.在双孔悬臂梁上依次放上砝码，记录在双孔悬臂梁上依次放上砝码，记录一个输出电压值，并记入下表：一个输出电压值，并记入下表：4.4. 根据表中所测数据在坐标图上作出根据表中所测数据在坐标图上作出V-XV-X曲线，曲线，计算灵敏度计算灵敏度S S：S=S=V/V/X X。（由于位移测量时（由于位移测量时容易造成零点偏移，在计算时可将正容易造成零点偏移，在计算时可将正X X和负和负X X的灵敏度分开计算，再求平均值）的灵敏度分开计算，再求平均值）位移位移X（mm）18.00017.00016.0008.000电压电压V

11、（v）1 1、把把R1换成反方向的应变片，重复上述操作即可。换成反方向的应变片，重复上述操作即可。并并和单臂电桥和单臂电桥进行进行灵敏度的比较灵敏度的比较，得出，得出结论结论。二、研究半桥应变的称重应用二、研究半桥应变的称重应用质量质量M（g）02040 60 80 100 120140 160 180 200电压电压V（v）2 2、根据表中所测数据在坐标图上作出根据表中所测数据在坐标图上作出V-MV-M曲线，曲线，计算灵敏度计算灵敏度S S：S=S=V/V/M M。1 1、实验操作时，在用实验连接线接好各系统、实验操作时，在用实验连接线接好各系统并确认无误后方可打开电源，各信号源之间并确认无误后方可打开电源，各信号源之间严禁用连接线短路严禁用连接线短路，主机与实验模块的直流，主机与实验模块的直流电源连接线插头与插座连接时尤要注意标志电源连接线插头与插座连接时尤要注意标志端对准后插入，如开机后发现信号灯、数字端对准后插入，如开机后发现信号灯、数字表有异常状况，应立即关机，查清原因后