实验一-金属箔式应变片实验报告

1、厦门大学嘉庚学院传感器实验报告实验工程：实验一、二、三金届箔式应变片单臂、半桥、全桥实验台号：专业：年级：班级：学生学号:学生姓名：物联网工程2021级ITT4004黄曾斌实验时间：2021年5月20日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.根本原理金属电阻丝在未受力时,原始电阻值为R=pL/So电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生变化,这就是电阻应变效应,描述电阻应变效应的关系式为：RMASA/?,、八、“=-+=s-(-2)s+aQ+2s=匕sRLSpp式中/?/?为电阻丝电阻的相对变化,K为应变灵敏系数,

2、3;=AL/L为电阻丝长度相对变化,金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件,通过它转换被测部位的受力状态变化,电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化,电桥的输出电压反映了输出电压:RRaR,R1tUo=7!7.-TE与+&溷+七L单臂工作：电桥中只有一个臂接入被测量,其它三个臂采用固定电阻：输出U=EKs/4.2 .双臂工作：如果电桥两个臂接入被测量,另两个为固定电阻就称为双臂工作电桥,又称为半桥形式：半桥电压输出U.二=石心/2.3 .全桥方式：如果四个桥臂都接入被测量那么称为全桥形式.全桥电压输出三.需用器件与单元CGQ-001实验模块、CGQ-013实验模块、应变

3、式传感器、硅码、电压表、±15V电源、±4V电源、万用表(自备K四.实验步骤1 .根据图应变式传感器已装于应变传感器模块上.传感器中各应变片已接入模块的固定世一乙咦区3片图1-1应变式传感器安装示意图左上方的BF1、BF2、BF3、BF4.加热丝也接于模块上,可用万用表进行测量判别,RBF1=RBF2=Rbf3=Rbf4=350Q,加热丝阻值为50Q左右.2 .差放调零3 .电桥调零4 .在电子秤上放置一只硅码,读取电压表数值,依次增加硅码和读取相应的电压表值,直到200g祛码加完.记下实验结果填入表关闭电源.表11单臂电桥输出电压与加负载重量值重量g02040608010

4、0120140160180200电压mv01.53.04.56.07.59.010.812.51415.5回程测量电压mv5.根据表1-1计算系统灵敏度S,Aw输出电压变化量：AW重量变化量计算线性误差：Jfi=A/H/yF.sx100%,式中An?为输出值屡次测量时为平均值与拟合直线的最大偏差：,f.s满量程输出平均值,此处为200g测量出的电压.由所得数据绘出单臂电桥的传感器特性曲线如下mv(g)1计算系统灵敏度u=1.5mVAW=20gS=Au/AW=0.075mV/g2计算非线性误差：Am=0+1.5+3.0+4.5+6.0+7.5+9.0+10.8+12.5+14+15.5/11=7

5、.67mVyFS=15.5mV6fl=Am/yFSX100%=49.5%五.思考题单臂电桥时,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.答：正、负应变片都可以,由于正负对单臂电桥的传感器特性无影响.实验二金属箔式应变片半桥性能实验1 .实验目的比拟半桥与单臂电桥的不同性能,了解其特点.2 .根本原理不同受力方向的两片应变片接入电桥作为邻边,电桥输出灵敏度提升,非线性得到改善.当两片应变片阻值和应变量相同时,其桥路输出电压Uo2=£/2.3 .需要器件与单元同实验一.4 .实验步骤1 .传感器安装同实验一.做实验一2的步骤,实验模块差动放大器调零注意：同

6、时做实验一、二、三时,实验一调节差动放大器为零后,后面实验二、三不再调节差动放大器.2 .根据图2-1接线.B、BF2为CGQ-013实验模块左上方的应变片,注意BF2和B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±4V,调节电桥调零电位器Rwi进行桥路调零,实验步骤3、4同实验一中4、5的步骤,将实验数据记入表2-1,计算灵敏度S=Ah/AW,非线性误差6f2.表21半桥测量时,输出电压与加负载重量值重量(g)020406080100120140160180200电压(mv)03.06.09.012.015.018.021.0

7、24.027.030.0回程测量电压(mv)由所得数据绘出半桥电桥的传感器特性曲线如下:(mv)(g)(1)计算系统灵敏度：Au=3mVAW=20gS=Au/AW=0.15mV/g(2)计算非线性误差：Am=(0+3.0+6.0+9,0+12.0+15.0+18.0+21.0+24.0+27.0+30.0)/11=15mVyFS=30mV6f2=Am/yFSX100%=50%五.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：邻边.2 .桥路(差动电桥)测量时存在非线性误差,是由于：(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

8、)调零值不是真正为零.答：电桥测量原理上存在非线性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优点.二.根本原理全桥测量电路中,将受力性质相同的两应变片接入电桥对边,不同的接入邻边,当应变片初始阻值：RbF1=RbF2=RbF3=RbF4»其变化值ARbF1=ARbF2=ARbF3=ARbF4时,其桥路输出电压Uo3=KEs.其输出灵敏度比半桥又提升了一倍,非线性误差和温度误差均得到改善.三.需用器件和单元同实验一.四.实验步骤1 .传感器安装同实验一.接入模块电源±15V(从主控箱引入),检查无误后,合上主控箱电源开关.2.根据图3-2接线,实验方法与实

9、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)020406080100120140160180200电压(mv)06.012.018.124.130.036.042.048.154.160.0回程测量电压(mv)由所得数据绘出全桥电桥的传感器特性曲线如下:(mv)D计算系统灵敏度：Au=6mVAW=20gS=au/aW=0.3mV/g2计算非线性误差：Am=0+6.0+12.0+18,1+24.1+30.0+36.0+42.0+48.1+54.1.0+60.0.0/11=30.04mVyFS=60mV6f2=Am/yFSX100%=50%五.思考题1 .全桥测量中,当两组对边BFi、BF3为对边电阻值R相同时,即Rbfi=Rbf3,Rbf2=RBF4,而Rbf#Rbf2时,是否可以组成全桥：1可以2不可以.答：可以组成全桥电路.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？图3-1应变式传感器受拉时传感器圆周而展开图答：将这两组应变片根据两个不同方向贴在棒材上,利用两组不同的测量值即可组成一个全路电桥,不需要外加电阻.实验四金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比拟一