金属箔式应变片传感器性能设计研究实验报告

..XX大学物理实验报告课程名称：普通物理实验〔3实验名称：金属箔式应变片传感器性能研究学院：专业班级：学生姓名：学号：实验地点：座位号：实验时间：实验目的：1.了解金属箔式应变片的应变效应,掌握单臂电桥工作原理和性能。2.比较全桥、、半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。 3.了解全桥测量电路的优点及其在工程测试中的实际应用。实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、、数显电压表、±15V和±4V电源实验原理：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：ΔR/R=Kε,式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化,K为应变灵敏系数,ε=Δl/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组件,四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧,弹性体受到压力发生形变,应变片随弹性体形变被拉伸,或被压缩。通过这些应变片转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化。1、单臂电桥实验如图1-1所示,R5、R6、R7为固定电阻,与应变片一起构成一个单臂电桥。其输出电压E为电桥电源电压,R为固定电阻值,上式表明单臂电桥输出为非线性,存在着非线性误差2、半桥差动电路如图1-2,不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边。图1-2电桥输出灵敏度提高,非线性得到改善,当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时,半桥的输出电压为UE为电桥电源电压,上式表明,差动半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。3、全桥测量电路如图1-3,受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边,不同的接入邻边,当应变片初始值相等,变化量也相等时,其桥路输出：E为电桥电源电压,上式表明,全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍。实验内容：1、单桥性能测试〔1变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上,可用多用表测量判别,R1=R2=R3=R4=350Ω.〔2从主控台接入±15V电源,检查无误后,合上主控台电源开关,将差动放大器的输入端Ui短接,输出端U02接数显电压表〔选择2V档,调节电位器Rw4,使电压表显示为0V,Rw4的位置确定后不能改动。关闭主控台电源。〔3将应变式传感器的其中一个应变电阻〔如R1接入电桥与R5,R6,R7构成一个单臂直流电桥,见图31-2,接好电桥调零电位器Rw1,直流电源±4V,电桥输出接到差动放大器的输入端Ui,检查接线无误后,合上主控台电源开关,调节Rw1,使电压表显示为零〔不为零亦可。〔4在应变传感器托盘上放置一只砝码,调节Rw3,改变差动放大器的增益,使数显电压表显示2mV,读取数显表数值,保持Rw3不变,依次增加砝码并读取相应的数显表值,表格自拟。 2、半桥性能测试差动放大器调零后,按图31-3接线。调节Rw1,使电压表显示为零。在应变传感器托盘上放置一只砝码,调节Rw3,改变差动放大器的增益,使数显电压表显示10mV左右,读取数显表数值,保持Rw3不变,依次增加砝码和读取相应的数显表值,直到200g砝码加完,表格自拟。 3、全桥性能测试差动放大器调零后,按图31-4接线,在应变传感器托盘上放置一只砝码,调节Rw3,改变差动放大器的增益,使数显电压表显示0.020V左右,读取数显表数值,保持Rw3不变,依次增加砝码并读取相应的数显表数值,直到200g砝码加完。实验数据及数据分析处理：表一：单桥性能测试m/g20406080100120140160180200U/mV2.06.110.514.818.122.426.531.236.540.9拟合U/mV1.655.9310.2114.4818.7623.0427.3231.5935.8740.15ΔU/mV0.350.170.290.320.660.640.820.390.630.75计算灵敏度S=计算非线性误差δ表二：半桥性能测试m/g20406080100120140160180200U/mV10.018.427.236.144.753.462.270.979.788.3拟合U/mV9.8418.5627.2836.0144.7353.4562.1770.9079.6288.34ΔU/mV0.160.160.080.090.030.050.030.000.800.43计算系统灵敏度L=计算非线性误差δ表三：全桥性能测试m/g20406080100120140160180200U/mV21.442.863.784.0104.5125.1146.2166.3187.7207.8拟合U/mV21.8942.5763.2583.93104.6125.3146.0166.7187.3208.0ΔU/mV0.490.230.470.070.110.190.230.350.370.21计算灵敏度L=计算非线性误差δ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〔3正、负应变片均可以？ 答：正、负应变片均可以。当采用负应变片时,得到的电压是负值。2、半桥测量时两个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。3、全桥测量中,当两组对边〔R1、R3为对边值R相同时,即R1＝R3,R2＝R4,