金屬箔式應(yīng)變片傳感器性能設(shè)計(jì)研究實(shí)驗(yàn)報(bào)告

..XX大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：普通物理實(shí)驗(yàn)〔3實(shí)驗(yàn)名稱：金屬箔式應(yīng)變片傳感器性能研究學(xué)院：專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：座位號(hào)：實(shí)驗(yàn)時(shí)間：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng),掌握單臂電橋工作原理和性能。2.比較全橋、、半橋與單臂電橋的不同性能、了解其特點(diǎn)。 3.了解全橋測(cè)量電路的優(yōu)點(diǎn)及其在工程測(cè)試中的實(shí)際應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)儀器：應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤、砝碼、、數(shù)顯電壓表、±15V和±4V電源實(shí)驗(yàn)原理：電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí),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：ΔR/R=Kε,式中ΔR/R為電阻絲電阻相對(duì)變化,K為應(yīng)變靈敏系數(shù),ε=Δl/l為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。金屬箔式應(yīng)變片就是通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感組件,四個(gè)金屬箔應(yīng)變片分別貼在彈性體的上下兩側(cè),彈性體受到壓力發(fā)生形變,應(yīng)變片隨彈性體形變被拉伸,或被壓縮。通過(guò)這些應(yīng)變片轉(zhuǎn)換被測(cè)部位受力狀態(tài)變化、電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化。1、單臂電橋?qū)嶒?yàn)如圖1-1所示,R5、R6、R7為固定電阻,與應(yīng)變片一起構(gòu)成一個(gè)單臂電橋。其輸出電壓E為電橋電源電壓,R為固定電阻值,上式表明單臂電橋輸出為非線性,存在著非線性誤差2、半橋差動(dòng)電路如圖1-2,不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊。圖1-2電橋輸出靈敏度提高,非線性得到改善,當(dāng)兩只應(yīng)變片的阻值相同、應(yīng)變數(shù)也相同時(shí),半橋的輸出電壓為UE為電橋電源電壓,上式表明,差動(dòng)半橋輸出與應(yīng)變片阻值變化率呈線性關(guān)系。3、全橋測(cè)量電路如圖1-3,受力性質(zhì)相同的兩只應(yīng)變片接到電橋的對(duì)邊,不同的接入鄰邊,當(dāng)應(yīng)變片初始值相等,變化量也相等時(shí),其橋路輸出：E為電橋電源電壓,上式表明,全橋輸出靈敏度比半橋又提高了一倍。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、單橋性能測(cè)試〔1變傳感器上的各應(yīng)變片已分別接到應(yīng)變傳感器模塊左上方的R1、R2、R3、R4上,可用多用表測(cè)量判別,R1=R2=R3=R4=350Ω.〔2從主控臺(tái)接入±15V電源,檢查無(wú)誤后,合上主控臺(tái)電源開(kāi)關(guān),將差動(dòng)放大器的輸入端Ui短接,輸出端U02接數(shù)顯電壓表〔選擇2V檔,調(diào)節(jié)電位器Rw4,使電壓表顯示為0V,Rw4的位置確定后不能改動(dòng)。關(guān)閉主控臺(tái)電源?！?將應(yīng)變式傳感器的其中一個(gè)應(yīng)變電阻〔如R1接入電橋與R5,R6,R7構(gòu)成一個(gè)單臂直流電橋,見(jiàn)圖31-2,接好電橋調(diào)零電位器Rw1,直流電源±4V,電橋輸出接到差動(dòng)放大器的輸入端Ui,檢查接線無(wú)誤后,合上主控臺(tái)電源開(kāi)關(guān),調(diào)節(jié)Rw1,使電壓表顯示為零〔不為零亦可?！?在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼,調(diào)節(jié)Rw3,改變差動(dòng)放大器的增益,使數(shù)顯電壓表顯示2mV,讀取數(shù)顯表數(shù)值,保持Rw3不變,依次增加砝碼并讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值,表格自擬。 2、半橋性能測(cè)試差動(dòng)放大器調(diào)零后,按圖31-3接線。調(diào)節(jié)Rw1,使電壓表顯示為零。在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼,調(diào)節(jié)Rw3,改變差動(dòng)放大器的增益,使數(shù)顯電壓表顯示10mV左右,讀取數(shù)顯表數(shù)值,保持Rw3不變,依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值,直到200g砝碼加完,表格自擬。 3、全橋性能測(cè)試差動(dòng)放大器調(diào)零后,按圖31-4接線,在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼,調(diào)節(jié)Rw3,改變差動(dòng)放大器的增益,使數(shù)顯電壓表顯示0.020V左右,讀取數(shù)顯表數(shù)值,保持Rw3不變,依次增加砝碼并讀取相應(yīng)的數(shù)顯表數(shù)值,直到200g砝碼加完。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析處理：表一：?jiǎn)螛蛐阅軠y(cè)試m/g20406080100120140160180200U/mV2.06.110.514.818.122.426.531.236.540.9擬合U/mV1.655.9310.2114.4818.7623.0427.3231.5935.8740.15ΔU/mV0.350.170.290.320.660.640.820.390.630.75計(jì)算靈敏度S=計(jì)算非線性誤差δ表二：半橋性能測(cè)試m/g20406080100120140160180200U/mV10.018.427.236.144.753.462.270.979.788.3擬合U/mV9.8418.5627.2836.0144.7353.4562.1770.9079.6288.34ΔU/mV0.160.160.080.090.030.050.030.000.800.43計(jì)算系統(tǒng)靈敏度L=計(jì)算非線性誤差δ表三：全橋性能測(cè)試m/g20406080100120140160180200U/mV21.442.863.784.0104.5125.1146.2166.3187.7207.8擬合U/mV21.8942.5763.2583.93104.6125.3146.0166.7187.3208.0ΔU/mV0.490.230.470.070.110.190.230.350.370.21計(jì)算靈敏度L=計(jì)算非線性誤差δ六、思考題：1、單臂電橋時(shí),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〔3正、負(fù)應(yīng)變片均可以？ 答：正、負(fù)應(yīng)變片均可以。當(dāng)采用負(fù)應(yīng)變片時(shí),得到的電壓是負(fù)值。2、半橋測(cè)量時(shí)兩個(gè)不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時(shí),應(yīng)放在：〔1對(duì)邊；〔2鄰邊。 答：鄰邊。3、全橋測(cè)量中,當(dāng)兩組對(duì)邊〔R1、R3為對(duì)邊值R相同時(shí),即R1＝R3,R2＝R4,