實(shí)驗(yàn)2：應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)2應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈶?yīng)變片全橋工作特點(diǎn)及性能。二、 基本原理：應(yīng)變片的基本原理：電阻應(yīng)變式傳感器是在彈性元件上通過特定工藝粘貼電阻應(yīng)變片來組成。一種利用電阻材料的應(yīng)變效應(yīng)將工程結(jié)構(gòu)件的內(nèi)部變形轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。此類傳感器主要是通過一定的機(jī)械裝置將被測量轉(zhuǎn)化成彈性元件的變形，然后由電阻應(yīng)變片將彈性元件的變形轉(zhuǎn)換成電阻的變化，再通過測量電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化信號輸出。它可用于能轉(zhuǎn)化成變形的各種非電物理量的檢測，如力、壓力、加速度、力矩、重量等，在機(jī)械加工、計(jì)量、建筑測量等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。應(yīng)變片的電阻應(yīng)變效應(yīng):所謂電阻應(yīng)變效應(yīng)是指具有規(guī)則外形的金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)變而其電阻值也會產(chǎn)生相應(yīng)地改變，這一物理現(xiàn)象稱為“電阻應(yīng)變效應(yīng)”。以圓柱形導(dǎo)體為例：設(shè)其長為：L、半徑為r、材料的電阻率為p時(shí)，根據(jù)電阻的定義式得：一LLR=P=P—- （1-1）A 兀貧2當(dāng)導(dǎo)體因某種原因產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，其長度L、截面積A和電阻率p的變化為dL、dA、dp相應(yīng)的電阻變化為dR。對式（1—1）全微分得電阻變化率dR/R為：(1-2)dR_dLdrdp =——2—+ (1-2)RLrp式中：dL/L為導(dǎo)體的軸向應(yīng)變量el;dr/r為導(dǎo)體的橫向應(yīng)變量耳。由材料力學(xué)知識可得：81=-叫 （1-3）式中：g為材料的泊松比，大多數(shù)金屬材料的泊松比為0.3?0.5左右；負(fù)號表示兩者的變化方向相反。將式（1-3）代入式（1-2）得：dR=（1+2^）8+dP （1-4），R P該式說明電阻應(yīng)變效應(yīng)主要取決于它的幾何應(yīng)變（幾何效應(yīng)）和本身特有的導(dǎo)電性能。3.半導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏度：主要取決于其壓阻效應(yīng)；dR/Rvdpp。半導(dǎo)體材料之所以具有較大的電阻變化率，是因?yàn)樗羞h(yuǎn)比金屬導(dǎo)體顯著得多的壓阻效應(yīng)。在半導(dǎo)體受力變形時(shí)會暫時(shí)改變晶體結(jié)構(gòu)的對稱性，因而改變了半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理，使得它的電阻率發(fā)生變化，這種物理現(xiàn)象稱之為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。不同材質(zhì)的半導(dǎo)體材料在不同受力條件下產(chǎn)生的壓阻效應(yīng)不同，可以是正（使電阻增大）的或負(fù)（使電阻減?。┑膲鹤栊?yīng)。也就是說，同樣是拉伸變形，不同材質(zhì)的半導(dǎo)體將得到完全相反的電阻變化效果。半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)主要體現(xiàn)為壓阻效應(yīng)，其靈敏度系數(shù)較大，一般在100到200左右。4.測量電路：應(yīng)變片全橋特性實(shí)驗(yàn)原理如圖1—1所示。應(yīng)變片全橋測量電路中，將應(yīng)力方向相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，相反的?yīng)變片接入電橋鄰邊。當(dāng)應(yīng)變片初始阻值:R1=R2=R3=R4，其變化值A(chǔ)R1=aR2=aR3=aR4時(shí)，其橋路輸出電壓Uo~(^</R)E=KaE。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性得到改善。財(cái)動放大器——~4VE4-1V°——圖1—1應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)接線示意圖5.箔式應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)：金屬箔式應(yīng)變片是在用苯酚、環(huán)氧樹脂等絕緣材料的基板上，粘貼直徑為0.025mm左右的金屬絲或金屬箔制成，如圖1—2所示：(a)絲式應(yīng)變片 (b)箔式應(yīng)變片圖1—2應(yīng)變片結(jié)構(gòu)圖金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，與絲式應(yīng)變片工作原理相同。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：AR/R=Ka，式中：AR/R為電阻絲電阻相對變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，a=AL/L為電阻絲長度相對變化。三、需用器件和單元：主機(jī)箱中的土2V?±10V(步進(jìn)可調(diào))直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表;應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤、砝碼。四、實(shí)驗(yàn)步驟:

實(shí)驗(yàn)步驟與方法（除了按圖1—3示意接線外），將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表1做出實(shí)驗(yàn)曲線，并計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S=aV/aW（aV輸出電壓變化量，AW重量變化量）。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。圖1—3應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)接線示