试验一金属箔式应变片试验报告

1、厦门大学嘉庚学院传感器实验报告实验工程：实验一、二、三金属箔式应变片单臂、半桥、全桥实验台号：专业：物联网工程年级：2021级班级：学生学号：ITT4004学生姓名：黄曾斌实验时间：2021年5月20日实验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.根本原理金属电阻丝在未受力时,原始电阻值为R=pL/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：AA工AS口、9门、'y=-+=s2声白十邙1+2*KsRLEpp式中AR/R为电阻丝电阻的相对变化,K为应变灵敏系数,6=

2、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相应的受力状态.输出电压:UR1R4-R2R3E°-RiR2R3R41 .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UO1=EK君/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U02=EK；/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-01

3、3实验模块、应变式传感器、祛码、电压表、±I5V电源、&V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.传感器中各应变片已接入模块的图1-1应变式传感器安装示意图左上方的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50左右.2 .差放调零3 .电桥调零4 .在电子秤上放置一只祛码,读取电压表数值,依次增加祛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)0204060

4、80100120140160180200电压(mv)01.53.04.56.07.59.010.812.51415.5回程测里电压(mv)5 .根据表1-1计算系统灵敏度S,S=Au/AW(Au输出电压变化量；AW重量变化量)计算线性误差：6f1=Am/yF?sX100%,式中Am为输出值(屡次测量时为平均值)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)1计算系统灵敏度Au=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+1

5、0.8+12.5+14+15.5/11=7.67mVyFS=15.5mV8f1=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=EKw/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

6、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、三不再调节差动放大器.2 .根据图2-1接线.BFBF2为CGQ-013实验模块左上方的应变片,注意BF2和BFi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&V,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=Au/AW,非线性误差if2.表2-1半桥测量时,输出电压与加负载重量值重量g020406080100120140160180200电压mv03.06.09.01

7、2.015.018.021.024.027.030.0回程测里电压mv由所得数据绘出半桥电桥的传感器特性曲线如下:mvg1计算系统灵敏度：Au=3mVAW=20gS=Au/AW=0.15mV/g2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=30mV8f2=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调零值不是真正为

8、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=KE®o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.接入模块电源小5V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

9、;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g020406080100120140160180200电压mv06.012.018.124.130.036.042.048.154.160.0回程测里电压mv由所得数据绘出全桥电桥的传感器特性曲线如下:mv(1)计算系统灵敏度：Au=6mVAW=20gS=Au/AW=0.3mV/g(2)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=60mV8f2=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RbF1=RbF3,RbF2=RbF4,而RbF1RbF2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面展开图答：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