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 成 绩预习审核:实验项目：实验一、二、三金属箔评阅签名:式应变片单臂、半桥、全桥实验台号：专 业：物联网工程年 级： 2014 级班 级： 1 班学生学号：ITT4004学生姓名：黄曾斌实验时间：2016 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. 基本原理金属电阻丝在未受力时，原始电阻值为 R=p L/S。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：式中R/R为电阻丝电阻的相对变化，K为应变灵敏系数，L/L为电阻丝长度相对变化，

2、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相应的受力状态。R1输出电压：UoRi R4R2 R3RiR2R3R41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 Oi EK /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 O2 EK /2。3. 全桥方式：如果四个桥臂都接入被测量则称为全桥形式。全桥电压输 出 U O3 EK。三. 需用器件与单元CGQ-001实验模块、CGQ-013实验

3、模块、应变式传感器、砝码、电压表、 士 15V电源、士 4V电源、万用表（自备）。四. 实验步骤1. 根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。传感器中各应变图1-1应变式传感器安装示意图片已接入模块的左上方的 BF、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砝码，读取电压表数值，依次增加砝码和读取相应的电压表值，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加负载重量值重量（g）020406

4、080100120140160180200电压（mV014回程测量电压（mV5. 根据表1-1计算系统灵敏度S, S= u/ W （ u输出电压变化量； W 重量变化量）计算线性误差：fi = m/ y f ?s X 100%式中m为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yF ?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）（i）计算系统灵敏度 u=? W=20g? S=A u/ W=g?（2）计算非线性误差： m?=（ 0+14+ /11二？ yFS=?Sf 1?=m / yFS X 100%=%?五. 思考题单臂电桥时，

5、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，因为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一. 实验目的比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点。二. 基本原理不同受力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高， 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=EK /2。三. 需要器件与单元同实验一。四. 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

6、节差动放大器）。2. 根据图2-1接线。BF、BF为CGQ-013实验模块左上方的应变片，注意BE和BF1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。接入桥路电源士4V,调节电桥调零电 位器Rw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= u/ W，非线性误差f2。表2-1半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量（g）020406080100120140160180200电压（mv）0回程测量电压（m）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：？ u=3mV? W

7、=20g?S=A u/ W=g?（2）计算非线性误差： m= （0+9,0+） /11 = 15mV? yFS=30mV?Sf2?= m?/?yFSX 100%=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。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. 基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

8、邻边，当应变片初始阻值：RiF1= RiF2= RjF3= RjF4 ,其变化值 R3F1=A R3F2= RjF3=A RjF4时，其桥路输出电压 U二KE。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。接入模块电源士 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(mV0回程测量电压(mV由

9、所得数据绘出全桥电桥的传感器特性曲线如下:(mV(g)(1) 计算系统灵敏度：？ u=6mV? W=20g?S=A u/ W=g?(2) 计算非线性误差： m= (0+18,1+) /1 仁？ yFS=60mV?Sf2?= m?/?yFSX 100%=50%?五. 思考题1.全桥测量中，当两组对边(BF、BE为对边)电阻值 R相同时，即 RiF1二R(F3, RbF2= R3F4,而R3F1工RiF2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答：将这两组应变片按照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、全桥性能比较一. 实验目的比较单臂