實驗一金屬箔式應(yīng)變片實驗報告

1、廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院傳感器實驗報告實驗項目：實驗一、二、三金屬箔式變片單臂、半橋、全橋?qū)嶒炁_號：專 業(yè)：物聯(lián)網(wǎng)工程年 級：2014級 班 級：1班學(xué)生學(xué)號：ITT4004學(xué)生姓名：黃曾斌實驗時間：2016 年 5 月 20 日實驗一金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實驗一. 實驗?zāi)康牧私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和性能。二. 基本原理金屬電阻絲在未受力時，原始電阻值為R= p L/S。電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的 關(guān)系式為：式中 R/R為電阻絲電阻的相對變化， K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，L/L為電阻絲長度相對變化， 金屬箔式應(yīng)變片就是通

2、過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，通過它轉(zhuǎn)換被測部位的受力狀態(tài)變化，電橋的作 用是完成電阻到電壓的比例變化，電橋的輸岀電壓反映了相應(yīng)的受力狀態(tài)。R1R4R2 R3e1.單臂工作:電橋中只有一個臂接入被測量，其它三個臂米用固定電阻；輸岀U O1 EK /4 o2.雙臂工作:如果電橋兩個臂接入被測量，另兩個為固定電阻就稱為雙臂工作電橋，又稱為半橋形式；半橋電壓輸岀U3.全橋方式：O2 EK /2o如果四個橋臂都接入被測量則稱為全橋形式。全橋電壓輸岀U。3 EK o輸岀電壓:URiR2R3R4三. 需用器件與單元CGQ-001實驗?zāi)K、CGQ-013實驗?zāi)K、應(yīng)變式傳感器、砝碼、電壓表、15V電

3、源、4V電源、萬用表（自備）。四. 實驗步驟1 根據(jù)圖1-1應(yīng)變式傳感器已裝于應(yīng)變傳感器模塊上。傳感器中各應(yīng)變片已接入模塊的左上方的BFi、圖1-1應(yīng)變式傳感器安裝示意圖BF2、BF3、BF4o加熱絲也接于模塊上，可用萬用表進(jìn)行測量判別，Rbf1 = Rbf2 = Rbf3= Rbf4=350Q，加熱絲阻值為50 Q左右。2 .差放調(diào)零3電橋調(diào)零4 在電子秤上放置一只砝碼，讀取電壓表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的電壓表值，直到200g砝碼加完。記下實驗結(jié)果填入表1-1，關(guān)閉電源。表1-1單臂電橋輸出電壓與加負(fù)載重量值重量（g）020406080100120140160180200電壓（mv）0

4、1.53.04.56.07.59.010.812.51415.5回程測量電壓（mv）5 根據(jù)表1-1計算系統(tǒng)靈敏度 S，S= u/ W （ U輸岀電壓變化量；W重量變化量）計算線性誤差：f1= m/ y f ?s X100%，式中 m為輸岀值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差：yF ?s滿量程輸岀平均值，此處為 200g測量岀的電壓。由所得數(shù)據(jù)繪岀單臂電橋的傳感器特性曲線如下（mv）（g）（1）計算系統(tǒng)靈敏度 u=1.5mV? W=20g?S= u/ W=0.075mV/g?（2）計算非線性誤差： m?= （ 0+1.5+3.0+4.5+6.0+7.5+9.0+10.8+12.5+14

5、+15.5） /11=7.67mV?yFS=15.5mV?S f1?= m / yFS X 100%=49.5%?五. 思考題單臂電橋時，作為橋臂電阻應(yīng)變片應(yīng)選用：（1）正（受拉）應(yīng)變片（2 ）負(fù)（受壓）應(yīng)變片（3 ）正、負(fù)應(yīng)變片均可。答：正、負(fù)應(yīng)變片都可以，因為正負(fù)對單臂電橋的傳感器特性無影響。實驗二金屬箔式應(yīng)變片半橋性能實驗一. 實驗?zāi)康谋容^半橋與單臂電橋的不同性能，了解其特點。彳二. 基本原理不同受力方向的兩片應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸岀靈敏度提高，非線性得到改善。當(dāng)兩片應(yīng)變片 阻值和應(yīng)變量相同時，其橋路輸岀電壓Uo2=EK /2。三. 需要器件與單元同實驗一。四. 實驗步驟1 傳感

6、器安裝同實驗一。做實驗（一）2的步驟，實驗?zāi)K差動放大器調(diào)零（注意：同時做實驗一、二、三時，實驗一調(diào)節(jié)差動放大器為零后，后面實驗二、三不再調(diào)節(jié)差動放大器）。2 根據(jù)圖2-1接線。BF1、BF2為CGQ-013實驗?zāi)K左上方的應(yīng)變片，注意BF 2和BF1受力狀態(tài)相反，即將傳感器中兩片受力相反（一片受拉、一片受壓）的電阻應(yīng)變片作為電橋的相鄰邊。接入橋路電源NV，調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器 RW1進(jìn)行橋路調(diào)零，實驗步驟3、4同實驗一中4、5的步驟，將實驗數(shù)據(jù)記入表2-1，計算靈敏度S= u/ W，非線性誤差f2。表2-1 半橋測量時，輸出電壓與加負(fù)載重量值重量（g）020406080100120140160

7、180200電壓（mv）03.06.09.012.015.018.021.024.027.030.0回程測量電壓（mv）由所得數(shù)據(jù)繪岀半橋電橋的傳感器特性曲線如下:（mv）（g）（1）計算系統(tǒng)靈敏度: u=3mV? W=20g?S= u/ W=0.15mV/g?（2）計算非線性誤差： m= （ 0+3.0+6.0+9,0+12.0+15.0+18.0+21.0+24.0+27.0+30.0） /11=15mV?yFS=30mV?S f2?= m?/?yFS X 100%=50%?五. 思考題1 半橋測量時兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時，應(yīng)放在：（1）對邊（2）鄰邊。答：鄰邊。2 橋路（

8、差動電橋）測量時存在非線性誤差，是因為：（1）電橋測量原理上存在非線性（2）應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)是非線性的（3 ）調(diào)零值不是真正為零。答：電橋測量原理上存在非線性實驗三金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實驗一. 實驗?zāi)康牧私馊珮驕y量電路的優(yōu)點。二. 基本原理全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，不同的接入鄰邊，?dāng)應(yīng)變片初始阻值：Rbf1 =RbF2= RbF3= R BF4，其變化值ZRbF1 = R BF2 = R BF3 = RbF4時，其橋路輸岀電壓 Uo3=KE 。其輸岀靈敏度比半 橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到改善。三. 需用器件和單元同實驗一。四. 實驗步驟1 傳感器安裝

9、同實驗一。接入模塊電源15V （從主控箱引入），檢查無誤后，合上主控箱電源開關(guān)。2 根據(jù)圖3-2接線，實驗方法與實驗二相同。將實驗結(jié)果填入表3-1 ;進(jìn)行靈敏度和非線性誤差計算。表3-1全橋輸岀電壓與加負(fù)載重量值重量（g）020406080100120140160180200電壓（mv）06.012.018.124.130.036.042.048.154.160.0回程測量電壓（mv）由所得數(shù)據(jù)繪岀全橋電橋的傳感器特性曲線如下:(mv)(g)(1) 計算系統(tǒng)靈敏度：？ u=6mV? W=20g?S= u/ W=0.3mV/g?(2) 計算非線性誤差：)/11=30.04mV? m= (0+6.

10、0+12.0+18,1+24.1+30.0+36.0+42.0+48.1 + yFS=60mV?S f2?= m?/?yFS X 100%=50%?五. 思考題1 .全橋測量中，當(dāng)兩組對邊（BF1、BF3為對邊）電阻值R相同時，即RbF1= RBF3 , RBF2= R BF4，而RBF1抓BF2時，是否可以組成全橋：（1）可以（2 ）不可以。答：可以組成全橋電路。2 某工程技術(shù)人員在進(jìn)行材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，如何利用這四片電阻應(yīng)變片組成電 橋，是否需要外加電阻 ？,FR3R1R4R2QZIL3R1R4R2QZIFF圖3-1應(yīng)變式傳感器受拉時傳感器圓周面展開圖答：將這兩組應(yīng)變片按照兩個不同方向貼在棒材上，利用兩組不同的測量值即可組成一 個全路電橋，不需要外加電阻。實驗四金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋