单臂半桥全桥传感器实验报告

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、基本原理：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：AR/R=Ks，式中AR/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数K=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受力状态变化、电桥的作用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。对单臂电桥输出电压Uo1=EK£/4o图1-1应变式传感器安装示意图三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器一电子秤、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。图1-1应变式传感器安装示意图四、实验步骤：根据图（1-1）应变式传感器（电子秤）已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R]=R2=R3=R4=350Q，加热丝阻值为50Q左右。接入模板电源±15V（从主控台引入），检查无误后，合上主控台电源开关，将实验模板调节增益电位器RW3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正负输入端与地短接，输出端与主控台面板上数显表

电压输入端¥相连，调节实验模板上调零电位器rW4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源（注意：当Rw3、Rw4的位置一旦确定，就不能改变。一直到做完实验三为止）。将应变式传感器的其中一个电阻应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V（从主控台引入），此时应将±4地与±15地短接。如图1-2所示。检查接线无误后，合上主控台电源开关。调节Rw1，使数显表显示为零。接主提箱接敏显卷电源铺出Vi地图1-2应变式传感器单臂电桥实验接线图在电子称上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g（或500g）砝码加完。记下实验结果填入表1-1，关闭电源。接主提箱接敏显卷电源铺出Vi地图1-2应变式传感器单臂电桥实验接线图表1-1单臂电桥测量时，输出电压与加负载重量值重量（g）20406080100120140160180200电压（mv）4813182227323741465.根据表1-1计算系统灵敏度S=AU/AW（AU输出电压变化量，AW重量变化量）和非线性误差8f1=Am/yF,Sx100%式中Am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（或500g）。>>t=[20406080100120140160180200];>>r=[481318222732374146];>>aa=polyfit(t,r,1);>>a=aa(1),b=aa(2),a=0.2352b=-1.0667>>symsT,R=a*T+bR=194/825*T-300239975158037/281474976710656>>y=polyval(aa,t);>>plot(t,r,'r*'),>>holdon,plot(t,y,'b-'),holdoff>>legend('数据点(ri,Ri)','拟合直线R=a*T+b'),>>xlabel('x'),ylabel('y'),>>title('数据点(ri,Ri)和拟合直线R=T*a+b的图形')

灵敏度计算z~~^XAy表示输出变化量，Ax表示输入变化量在本题中s=AUAU表示输出电压变化量，AW表示重量变化量。AWAW都为20g，AU=4mv,AU=5mv,AU=5mv,AU=4mv,AU=5mv,AU=5mv,AU=5mv,AU=4mv,AU=5mvAs=0.2mv/g,As-0.25mv/g,As-0.25mv/g,As-0.2mv/g,As-0.25mv/g,As—0.25mv/g,As-0.25mv/g,As-0.2mv/g,As-0.25mv/gs=0.2333mv/g非线性度的计算>>x=[20406080100120140160180200];>>y=[481318222732374146];>>a=(20+40+60+80+100+120+140+160+180+200)/10a=110>>b=(4+8+13+18+22+27+32+37+41+46)/10b=24.8000>>w=((4广2+(8广2+(13广2+(18广2+(22广2+(27广2+(32广2+(37广2+(41广2+(46广2)/10w=797.6000>>v=(20"2+40"2+60"2+80"2+100"2+120"2+140"2+160"2+180"2+200"2)/10v=15400>>t=(20*6+40*11-60*14+80*20+100*24+120*30+140*36+160*43+180*49+200*56)/10t=3926>>%非线性度Y>>Y=(t-a*b)/sqrt((v-a"2)*(w-b"2))Y=1.5435拟合度计算>>[p,S]=polyfit(x,y,1)p=0.2352-1.0667R:[2x2double]df:8normr:0.9079>>[p,S,mu]=polyfit(x,y,1)p=14.239124.8000S=R:[2x2double]df:8normr:0.9079mu=110.000060.5530>>SSy=255.8900>>RSS=2.1855>>i=（SSy-RSS）/SSyi=0.9915求得拟合度五、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、负应变片均可以。实验二金属箔式应变片一一半桥性能实验一、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：不同受力方向的两只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。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U02=EKe/2。三、需用器件与单元：同实验一。图2-1应变式传感器半桥实验接线图^286四、实验步骤:图2-1应变式传感器半桥实验接线图^286传感器安装同实验一。做实验（一）的步骤2,实验模板差动放大器调零。根据图2-1接线。R「R2为实验模板左上方的应变片，注意R2应和R1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RW1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S2=U/W，非线性误差希。若实验时无数值显示说明R2与R1为相同受力状态应变片，应更换另一个应变片。表2-1半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量（g）20406080100120140160180200电压（mv）-9-18-27-36-46-55-64-73-83-92结合MATLAB相关知识代码和作图>>t=[20406080100120140160180200];>>r=[-9-18-27-36-46-55-64-73-83-92];>>aa=polyfit(t,r,1);>>a=aa(1),b=aa(2),a=-0.4621b=0.5333>>symsT,R=a*T+bR=-61/132*T+1200959900632211/2251799813685248>>y=polyval(aa,t);>>plot(t,r,'r*'),>>holdon,plot(t,y,'b-'),holdoff>>legend('数据点(ri,Ri)','拟合直线R=a*T+b'),>>xlabel('x'),ylabel('y'),>>title('数据点(ri,Ri)和拟合直线R=T*a+b的图形')

实验二与实验一得灵敏度、拟合度、非线性度的计算方法一样可以求得五、思考题：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。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。实验三金属箔式应变片全桥性能实验

一、头验目的：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，不同的接入邻边，当应变片初始阻值：R1=R2=R3=R4,其变化值AR1=AR2=ar3=ar4时，其桥路输出电压U03=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：传感器安装同实验一。根据图3-1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。图3-1全桥性能实验接线图表3-1全桥测量时，输出电压与加负载重量值重量(g)20406080100120140160180200电压(mv)-18.7-38.1-57.5-76.6-95.8-114.5-134.1-153.2-173.5-190.9

在MATLAB中进行一元线性拟合，代码及图形如下：x=[20406080100120140160180200];>>y=[-18.7-38.1-57.5-76.6-95.8-114.5-134.1-153.2-173.5-190.9];>>p=polyfit(x,y,1);>>Y=polyval(p,x);plot(x,y,'*',x,Y),xlabel('重量(g)'),ylabel('电压(mv)')>>对此组数据进行灵敏度的计算yZ~~AXA表示输出变化量，a表示输入变化量在本题中s=以=[(190.9-18.7)/9]/20=0.957mv/gAW非线性度的计算>>x=[20406080100120140160180200];>>y=[-18.7-38.1-57.5-76.6-95.8-114.5-134.1-153.2-173.5-190.9];>>a=(20+40+60+80+100+120+140+160+180+200)/10110>>b=(18.7+38.1+57.5+76.6+95.8+114.5+134.1+153.2+173.5+190.9)/10b=105.2900>>w=((-18.7广2+(-38.1广2+(-57.5广2+(-76.6广2+(-95.8广2+(-114.5广2+(-134.1广2+(-153.2广2+(-173.5广2+(-190.9广2)/10w=1.4126e+004>>v=(20"2+40"2+60"2+80"2+100"2+120"2+140"2+160"2+180"2+200"2)/10v=15400>>t=(20*18.7+40*38.1+60*57.5+80*76.6+100*95.8+120*114.5+140*134.1+160*153.2+180*173.5+200*190.9)/10t=1.4749e+004>>%非线性度Y>>Y=(t-a*b)/sqrt((v-a"2)*(w-b"2))Y=1非线性度参数Y总是在0和1之间。越接近于1,数据的线形越好。本题目中，Y已经很接近于1,这表明各数据点很好地在一条直线上。实验四直流全桥的应用一一电子秤实验一、实验目的：了解应变直流全桥的应用及电路的标定。二、基本原理：电子秤实验原理为实验三，全桥测量原理，通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲（V）改为重量纲（g）即成为一台原始电子秤。三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码。四、实验步骤：按实验一中2的步骤，将差动放大器调零，按图3-1全桥接线，合上主控台电源开关，调节电桥平衡电位RW1，使数显表显示0.00V。将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器RW3（增益即满量程调节）使数显表显示为0.200V（2V档测量）或一0.200V。拿去托盘上的所有砝码，调节电位器RW4（零位调节）使数显表显示为0.000V。重复2、3步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V改为重量纲g，就可以称重。成为一台原始的电子秤。把砝码依次放在托盘上，填入下表4-1。表4-1全桥测量时，输出电压与加负载重量值重量（g）20406080100120140160180200电压（mv）-19.7-40.0-60.0-79.9--99.9120.1140.1160.1180.0199.9在MATLAB中进行一元线性拟合，代码及图形如下:x=[20406080100120140160180200];>>y=[-19.7-40.0-60.0-79.9-99.9-120.1-140.1-160.1-180.0-199.9];>>p=polyfit(x,y,1);>>Y=polyval(p,x);plot(x,y,'*',x,Y),xlabel('重量(g)'),ylabel('电压(mv)')根据上表，计算误差与非线性误差。平均绝对误差>>s=(abs(19.7-20)+abs(40.0-40)+abs(60.0-60)+abs(79.9-80)+abs(99.9-100)+abs(120.1-120)+abs(140.1-140)+abs(160.1-160)+abs(180.0-180)+abs(199.9-200))/10s=0.0900平均相对误差d=s/20*100d=0.4500即相对误差为0.45%非线性误差计算>>S=abs(19.7-20)/200S=0.0015

非线性误差为0.15%实验五电容式传感器的位移实验一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。二、基本原理：利用平板电容C=^A/d和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择£、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（£变）测微小位移（变d）和测量液位（变A）等多种电容传感器。三、需用器件与单元：电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源。四、实验步骤：按图5-1意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上，判别CX1和CX2时，注意动极板接地，接法正确则动极板左右移动时，有正、负输出。不然得动极板为3号引线。调换接头。一般接线：二个静片分别是1号和2号引线，藉主控箱电源常已图5-1传感器位移实验接线图

将电容传感器实验模板的输出端Vol与数显表单元Vi相接（插入主控箱Vi孔），Rw调节到中间位置。动极板为3号引线。藉主控箱电源常已图5-1传感器位移实验接线图接入±15V电源，旋动测微头推进电容器传感器动极板位置，每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表5-1。表5-1电容传感器位移与输出电压值X(mm)V(mv)4.表5-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差f。在MATLAB中进行一元线性拟合，代码及图形如下：x=[0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.8];>>y=[-1480-1468-1453-1433-1418-1399-1381-1367-1352-1334];>>p=polyfit(x,y,1);>>Y=polyval(p,x);plot(x,y,'*',x,Y),xlabel(位移(mm)'),ylabel(输出电压(mv)')>>rBlFigureNo.1-1480^-,FileEditView-1480^-,FileEditViewInsertToolsWindowHelp-15001111111100.20.40.60.811.21.41.61.8位移(mm)对此组数据进行灵敏度的计算S=云Ay表示输出变化量，Ax表示输入变化量在本题中s=AUAU表示输出电压变化量，AX表示位移变化量。AXAX都为0.2mmAU=12mv,AU=15mv,AU=20mv,AU=15mv,AU=9mv,AU=18mv,