基本實驗指導(dǎo)

1、第二部分 基本實驗指導(dǎo)1 電阻應(yīng)變式傳感器的制作一、 實驗?zāi)康?、了解電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理。2、掌握電阻應(yīng)變式傳感器的制作方法與步驟，了解布片方式。3、初步掌握常溫用電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)，粘貼質(zhì)量的檢查。4、掌握焊接技術(shù)。二、 實驗原理電阻應(yīng)變式傳感器主要是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)的，可以測定力、扭矩、加速度、壓力等其他物理量。電阻應(yīng)變式傳感器包括兩個部分：一是彈性敏感元件，利用它可以將被測物理量轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值；另一個是應(yīng)變片作為轉(zhuǎn)換元件將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化。應(yīng)變片是粘貼式電阻應(yīng)變計的簡稱，也有稱作電阻應(yīng)變片或電阻片的。一般應(yīng)變片由敏感元件、基底和引線三部分組成。本實驗主要是將應(yīng)變片作為

2、測力傳感元件來用。當(dāng)用應(yīng)變片測力時，應(yīng)變片要牢固地粘貼在測件上，當(dāng)測件受力發(fā)生變形時，應(yīng)變片的敏感柵隨同變形（深長或縮短），其電阻值（大部分應(yīng)變片的阻值為60、120、350、600或1000 ，其中以120 為常用)也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化（增大或減小）。然后再通過測量電路（如電橋電路），轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出顯示，實現(xiàn)了非電量到電量的轉(zhuǎn)化。本實驗中采用等強度梁作為試件，應(yīng)變片電阻值為120，貼片時一片與試件的軸線平行，一片與試件的軸線垂直，若接到電橋測量電路中，便可接成差動式結(jié)構(gòu)。三、 主要儀器及耗材試件（等強度梁或柱式元件）、常溫用電阻應(yīng)變片、四位電橋（QJ24）（測量應(yīng)變片的阻值用）、粘貼劑（

3、502膠）、電烙鐵、鑷子、剪刀、放大鏡、兆歐表（測絕緣電阻用）、數(shù)字萬用表、丙酮、脫脂棉、膠帶、砂紙、導(dǎo)線等材料。四、 實驗內(nèi)容和步驟1、試件的準(zhǔn)備： 根據(jù)使用需要，設(shè)計試件的形狀和尺寸，并進行機械加工。 打磨清洗： 將試件待貼片位置用細(xì)砂紙打光，最后打成45交叉紋，以提高粘附力。再用脫脂棉蘸丙酮將貼片位置附近檫洗干凈，直到棉球潔白為止，待溶劑完全揮發(fā)后再進行貼片。2、應(yīng)變片的準(zhǔn)備： 選片：根據(jù)所測試件材質(zhì)、受力情況、環(huán)境溫度、試件的外形尺寸、使用時間等因素，選取應(yīng)變片的種類。 外觀檢查：用放大鏡等檢查應(yīng)變片有無斷路、短路、霉點、鐵銹等缺陷，敏感柵排列是否整齊、有無短路、缺口、斷柵、劃傷變形，

4、基底是否有氣泡、皺折、坑點存在，引線是否引線牢固等。 阻值分選：用四位電橋（或數(shù)字萬用表）逐片測量應(yīng)變片的阻值，并按其阻值大小分類、編號、登記、包裝，測量電阻應(yīng)精確到0.1。 表面處理：用脫脂棉蘸無水乙醇擦洗，注意兩面都要清洗，對沒有蓋層的應(yīng)變片，要順著敏感柵的方向輕輕擦洗，洗凈后用紅外線燈或其它烘干裝置烘干備用。 配橋：要求組成電橋的各臂阻值應(yīng)大致相等（R1=R2=R3=R4），或相對臂之積大致相等（R1R3=R2R4）,其最大誤差限制在0.5歐姆以內(nèi)，否則電橋不易平衡。3、劃線定位：為保證測量精度，應(yīng)把應(yīng)變片粘貼正面定位，有兩種定位方法： 用坐標(biāo)紙做模板定位，預(yù)留定位孔挖孔，略大于所選用的

5、應(yīng)變片。 用劃針劃好十字中心。4、貼片：貼片前將試件表面預(yù)熱到400C左右，去除潮氣。貼片時將少量“502”膠（一滴即可），使其薄而均勻布滿全片，甩去多余的膠水，迅速準(zhǔn)確地貼在處理干凈的試件上，在應(yīng)變片上覆蓋一層玻璃紙，用手指依一個方向擠壓數(shù)次，擠出多余的膠水，然后換一張玻璃紙繼續(xù)指壓數(shù)分鐘。（注意操作過程中不得使應(yīng)變片移動），待膠水固化貼牢后撕去玻璃紙，即完成貼片工作。如需重新貼片時，一定要用細(xì)砂紙打磨去除原有膠層，重新擦洗，涂膠貼片。5、粘貼質(zhì)量檢查： 借助放大鏡、鑷子，檢查是否貼牢、有無氣泡。 用萬用表檢查有無斷路、短路。 用兆歐表或高阻表檢查應(yīng)變片與試件間的絕緣電阻，一般應(yīng)在500兆歐

6、以上，動態(tài)測量也可在50100兆歐以上，靜態(tài)測量要求高一些。 如工作在大電流的條件下或長期工作，應(yīng)通以23倍工作電流，考驗數(shù)分鐘，不應(yīng)燒斷或起泡。6、組橋連線： 為便于連線，在應(yīng)變片引線靠近貼上引線端子。 按要求組橋（半橋或全橋）。 注意走線規(guī)則、整齊，引線要加以固定和注意絕緣。 焊線宜用25W以下的電烙鐵，焊接時間不要過長（35秒），焊錫不要過多，焊點要光滑牢固，不能有虛焊。7、防護處理： 粘貼好的應(yīng)變片為防止機械損傷和油、水的侵蝕，應(yīng)加以包扎（用白布帶、膠帶）和涂敷護材料。長期使用時，可在應(yīng)變片所在的部位上涂上一層石蠟或凡士林，以防受潮失效。 如果用其它粘貼劑粘貼應(yīng)變片，則粘貼工藝不同，應(yīng)

7、視具體情況而變。五、 數(shù)據(jù)處理與分析1、請畫出傳感器的布片和編號圖。2、請分析應(yīng)變片在粘貼前和傳感器制作好后的誤差。六、 實驗注意事項1、 擦洗應(yīng)變片時要沿單一方向進行，不要來回交替擦拭。清洗干凈的表面要避免再次污染（如用嘴吹氣）及手觸摸。2、應(yīng)變片正、反面不要搞錯（正面有引出線），貼片時在應(yīng)變片反面涂膠，即基底向下與試件粘貼。3、502膠固化很快，所以粘貼動作要迅速，以免暴露時間過長，膠水固化，粘貼不牢。4、膠水粘到手上時，可用硝基甲烷，二甲基甲醯胺，丙酮溶掉，如不慎濺于眼內(nèi)，切忌用水沖，可涂油質(zhì)眼藥膏即可脫落。5、焊接溫度不能太高，焊接時間不能太長，應(yīng)迅速焊接，避免高溫對應(yīng)變計焊端產(chǎn)生損傷

8、，降低絕緣強度等。6、焊接引線應(yīng)采用柔軟，材質(zhì)不能太硬的線材，以免長時間受力時，線材損壞或脫落。7、盡量在應(yīng)變計焊端和接線端子之間的連接線上留出應(yīng)力釋放環(huán)，避免試件或彈性體長期受力或溫度發(fā)生較大范圍變化時，在連接線上形成內(nèi)應(yīng)力集中，造成引線拉斷，使橋路或電路斷路。8、在操作過程中的每個細(xì)小環(huán)節(jié)都要十分謹(jǐn)慎，隨時用萬用表測量應(yīng)變片是否斷路和短路，發(fā)現(xiàn)后及時補救。七、 思考題1、選擇應(yīng)變片的原則。2、為什么要把阻值、靈敏度相同的應(yīng)變片歸在一起？3、為什么貼片要定位？怎樣才能貼得準(zhǔn)？4、為什么要把多余的膠水和空氣擠掉？5、為什么要做防護處理？2 金屬箔式應(yīng)變片與三種測量橋路的比較一、 實驗?zāi)康?、測

9、試應(yīng)變梁變形的應(yīng)變輸出。2、掌握應(yīng)變片單臂、半橋、全橋的工作原理和工作情況。3、驗證應(yīng)變片單臂、半橋、全橋的性能及相互之間的關(guān)系。二、 實驗原理應(yīng)變片將應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換成電阻的相對變化，還要把電阻的變化再轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，才能用電測儀表進行測量，通常采用電橋電路來實現(xiàn)微小阻值變化的轉(zhuǎn)換。圖1 電橋電路圖圖1是一個直流電橋，它的四個橋臂由電阻、組成，電阻的相對變化率分別為、，且，是供橋電壓，則橋路輸出電壓為：當(dāng)電橋平衡時，橋路相對臂電阻乘積相等，電橋輸出電壓為零，且注意相對臂受力方向一致，相鄰臂受力方向相反。根據(jù)電橋工作時參與工作的橋臂可分為：單臂、半橋和全橋三種形式。當(dāng)四個橋臂都為應(yīng)變片時

10、，橋路的輸出電壓約為： 當(dāng)單臂工作時： 輸出電壓 電橋電壓靈敏度當(dāng)和雙臂工作時：輸出電壓電橋電壓靈敏度當(dāng)、全橋工作時：電橋電壓靈敏度由此可知，單臂、半橋、全橋電路的靈敏度依次增大；當(dāng)E和電阻相對變化一定時，電橋的輸出電壓及其電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無關(guān)。三、 主要儀器及耗材直流穩(wěn)壓電源（±4V）、電橋、差動放大器、貼于主機工作臺懸臂梁上的箔式應(yīng)變片、螺旋測微儀、稱重砝碼、數(shù)字電壓表、加熱器、導(dǎo)線等。四、 實驗內(nèi)容和步驟1、 設(shè)定旋鈕的初始位置：直流穩(wěn)壓電源打到±2V檔，電壓表打到2V檔，差動放大器增益打到最大。2、 差動放大器調(diào)零：開啟儀器電源，差動放大器增益置于最大位

11、置（順時針方向旋到底），差放的正負(fù)輸入端與地端連接在一起。輸出端接數(shù)字電壓表2V檔。開啟主機電源，用調(diào)零電位器調(diào)整差動放大器輸出電壓為零，然后拔掉實驗線。調(diào)零后儀器面板上的“增益、調(diào)零”電位器均不應(yīng)再變動。如果使用毫伏表，則使毫伏表輸入端對地短路，調(diào)整“調(diào)零”電位器，使指針居“零”位。拔掉短路線，指針有偏轉(zhuǎn)是有源指針式電壓表輸入端懸空時的正常情況。調(diào)零后關(guān)閉儀器電源。測微頭裝于懸臂梁前端的永久磁鋼上，并調(diào)節(jié)使應(yīng)變梁處于基本水平狀態(tài)。3、按圖2將各部件連接成測量線路。橋路中R1、R2、R3和 Wd 為可調(diào)電位器，r為調(diào)平衡電阻，R4為工作應(yīng)變片（可任選上、下梁中的一片工作片）。直流激勵電源為 &

12、#177;4V 。圖24、確認(rèn)接線無誤后開啟儀器電源，并預(yù)熱數(shù)分鐘，使電路工作趨于穩(wěn)定。 選擇適當(dāng)?shù)姆糯笤鲆?，然后調(diào)節(jié)電橋Wd 電位器，使電壓表輸出為零。5、加上砝碼，每加一個讀數(shù)，將測得數(shù)值填入下表：重量W(g)電壓V(mV)6、保持放大器增益不變，將R3換為與R4工作狀態(tài)相反的另一應(yīng)變片，形成半橋，調(diào)整電橋平衡電位器，使電壓表輸出為零。然后依次加上砝碼，同樣測出讀數(shù)，填入下表：重量W(g)電壓V(mV)7、保持差動放大器增益不變，將R1，R2兩個電阻換成另兩片工作片，接成一個直流全橋，通過電橋平衡電位器調(diào)好零點。依次加上砝碼，將讀出數(shù)據(jù)填入下表：重量W(g)電壓V(mV)五、 數(shù)據(jù)處理與分

13、析1、根據(jù)表中所測數(shù)據(jù)計算靈敏度S ，并比較大小。2、分析非線性誤差，并說明誤差產(chǎn)生的原因。3、在同一坐標(biāo)紙上描出W - V關(guān)系曲線。六、 實驗注意事項1、實驗前應(yīng)檢查實驗接插線是否完好，連接電路時應(yīng)盡量使用較短接插線，以避免引入干擾。2、接插線插入插孔，以保證接觸良好，切忌用力拉扯接插線尾部，以免造成線內(nèi)導(dǎo)線斷裂。3、穩(wěn)壓電源不要對地短路。所有單元電路的地均須與電源地相連。4、半橋和全橋?qū)嶒灂r，應(yīng)變片接入電橋時注意其受力方向。尤其在做全橋?qū)嶒灂r，一定要保證電路中相對臂工作方向相同。5、直流穩(wěn)壓電源不能過大，以免損壞應(yīng)變片。6、在更換橋路連接時，應(yīng)先將電源關(guān)閉，再接線，以免損壞應(yīng)變片。7、在實驗過程中發(fā)現(xiàn)F/V表超量程1或1顯示，可換檔將量程擴大或?qū)⒉顒釉鲆鏈p小。8、在本實