第2章 電阻式傳感器與力的檢測 教案

《傳感器與檢測技術(shù)》

授課教案課程性質(zhì)：班級名稱：學(xué)生人數(shù)：授課教師：課題：2.1電位器式傳感器課時安排：2授課類型：理論重難點(diǎn)重點(diǎn)電位器式傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理。難點(diǎn)電位器式傳感器的工作原理。教學(xué)目的和要求1.掌握電位器式傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理；2.了解電位器式傳感器的典型應(yīng)用。采用教學(xué)方法和實(shí)施步驟講授、課堂討論、分析教學(xué)內(nèi)容2.1電位器式傳感器電位器通常是由電阻體與轉(zhuǎn)動或滑動系統(tǒng)組成，具有三個引出端，靠一個動觸點(diǎn)在電阻體上的移動而改變其阻值，獲得不同的輸出電壓。作為傳感元件，它可以把位移輸入量轉(zhuǎn)換為與它成一定函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出。它除了用于線位移和角位移測量外，還廣泛應(yīng)用于測量壓力、加速度、液位等物理量。電位器式傳感器結(jié)構(gòu)簡單，體積小，質(zhì)量輕，價(jià)格低廉，性能穩(wěn)定，對環(huán)境條件要求不高，輸出信號較大，并容易實(shí)現(xiàn)函數(shù)關(guān)系的轉(zhuǎn)換。但由于電阻體與電刷之間存在摩擦、且分辨率有限，故其測量精度一般不高、動態(tài)響應(yīng)較差，主要適于測量變化緩慢的信號。2.1.1電位器式傳感器的結(jié)構(gòu)電位器式傳感器一般由電阻體、骨架和可移動的電刷組成，如圖2-1所示。當(dāng)電刷沿電阻體移動時，在輸出端即獲得與位移量成一定關(guān)系的電阻值或電壓輸出。（a）線性電位器式傳感器（線位移）（b）非線性電位器式傳感器（角位移）圖2-1電位器式傳感器結(jié)構(gòu)2.1.2電位器式傳感器的工作原理如圖2-1（a），假定xm、Rm、Um分別表示電位器的全長、總的電阻、總的電壓；x、Rx、Ux分別表示電刷的位移量、位移量對應(yīng)的電阻、電壓，根據(jù)分壓原理可得：式中，Ku—電壓靈敏度，KR—電阻靈敏度。如圖2-1（b），對角位移式電位器來說，Uа與滑動臂的旋轉(zhuǎn)角度成正比，即：2.1.3電位器式傳感器的典型應(yīng)用1．電位器式壓力傳感器圖2-2電位器式壓力傳感器原理框圖圖2-3電位器式壓力傳感器（a）單圈彈簧管（b）多圈彈簧管（c）電位器式壓力傳感器實(shí)物圖圖2-4電位器式壓力傳感器電位器式位移傳感器1-測桿；2-滑線電阻；3-電刷；4-彈簧；5-滑塊；6-導(dǎo)軌；7-外殼；8-無感電阻。圖2-5電位器式位移傳感器作業(yè)布置

課程性質(zhì)：班級名稱：學(xué)生人數(shù)：授課教師：課題：2.2電阻應(yīng)變式傳感器課時安排：2授課類型：理論重難點(diǎn)重點(diǎn)應(yīng)變式電阻傳感器的工作原理、特性。難點(diǎn)應(yīng)變式電阻傳感器的工作原理。教學(xué)目的和要求1.掌握應(yīng)變式電阻傳感器的基本原理和類型；2.掌握應(yīng)變式電阻傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理、特性。采用教學(xué)方法和實(shí)施步驟講授、課堂討論、分析教具：QSCGQ-ZX型系列傳感器與檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺教學(xué)內(nèi)容2.2電阻應(yīng)變式傳感器2.2.1應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變，是指結(jié)構(gòu)尺寸的相對變化量，一般用ε表示，比如長度的相對變化量ΔL/L。應(yīng)變效應(yīng)，是指導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料受到外力作用時，將產(chǎn)生機(jī)械變形，從而導(dǎo)致其電阻值發(fā)生改變的現(xiàn)象。2.2.2金屬電阻應(yīng)變片1．金屬電阻應(yīng)變片的工作原理設(shè)金屬單絲的長度為L、截面積為A、半徑為r、電阻率為ρ，則它的電阻值R為：當(dāng)有拉力F沿軸向作用于金屬絲，L、A、ρ均發(fā)生變化：?L、?A、?ρ，如圖2圖2-6金屬單絲受到拉力時產(chǎn)生應(yīng)變的示意圖當(dāng)金屬絲受到拉力F作用時，其長度將伸長?L，橫截面積相應(yīng)減小?A，電阻率因其材料晶格發(fā)生變形等因素的影響而改變?ρ，從而引起電阻值的相對變化?R電阻應(yīng)變效應(yīng)的表達(dá)式：εx—金屬絲的縱向應(yīng)變，μ—電阻絲材料的泊松系數(shù)，又稱泊松比,它是一個常數(shù).單位應(yīng)變所引起的電阻相對變化量，稱為電阻絲的應(yīng)變靈敏系數(shù)，用K表示。由上式可知，電阻絲的應(yīng)變靈敏系數(shù)受兩個因素的影響：一是因電阻絲的幾何尺寸產(chǎn)生應(yīng)變而引起的，即（1+2μ）項(xiàng)，往往稱之為幾何效應(yīng)；二是因受力后電阻絲的電阻率發(fā)生變化而引起的，即后面的一項(xiàng)，往往稱之為壓阻效應(yīng)。對于金屬材料而言，產(chǎn)生應(yīng)變時電阻值的相對變化量主要是由結(jié)構(gòu)尺寸的變化（長度L和面積A）引起的，電阻率的變化很小，可以忽略不計(jì)，因此有：上中Ks稱為金屬電阻絲的應(yīng)變靈敏系數(shù)，大多數(shù)金屬材料Ks的數(shù)值在1.6～3.6之間，如：康銅Ks＝2.0，鎳鉻合金，Ks＝2.1～2.3。（1+2μ）是常數(shù)，故金屬應(yīng)變片的輸出電阻值dR/R與應(yīng)變量εx之間的關(guān)系是線性的。2．金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)以金屬絲式應(yīng)變片為例進(jìn)行說明，如圖2-7所示，由金屬電阻材料制成的敏感柵粘貼在絕緣的基底上，敏感柵的兩端焊接有引出導(dǎo)線，敏感柵上面粘貼有覆蓋層。圖2-7金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)3．金屬電阻應(yīng)變片的類別（1）金屬絲式應(yīng)變片金屬絲式應(yīng)變片的敏感柵由電阻絲繞制而成，是使用最早的應(yīng)變片。這種應(yīng)變片由于其圓弧部份參與變形而會產(chǎn)生較大的橫向效應(yīng)，蠕變較大，且金屬絲易脫膠，有逐漸被箔式應(yīng)變片所取代的趨勢。但因其具有制造簡單、性能穩(wěn)定、價(jià)格便宜、易于粘貼等優(yōu)點(diǎn)，多用于應(yīng)變、應(yīng)力的大批量、一次性試驗(yàn)。（2）金屬箔式應(yīng)變片箔柵是金屬箔經(jīng)過光刻、腐蝕等工藝制成的很薄的金屬薄柵（一般厚度0.003～0.01mm）。箔的材料多為電阻率高、熱穩(wěn)定性好的銅鎳合金。箔式應(yīng)變片與片基的接觸面積大得多，散熱條件較好，相同截面下能通過較大電流；厚度薄，扁平狀箔柵有利于形變的傳遞；橫向效應(yīng)小，長時間測量時的蠕變較小，使用壽命長；一致性較好，適合于批量生產(chǎn)。（3）薄膜式應(yīng)變片薄膜式應(yīng)變片的敏感柵是由蒸鍍或?yàn)R射法沉積的金屬、合金薄膜制成的，其厚度一般在0.1μm以下。由于薄膜式應(yīng)變片與傳感器的彈性體之間只有一層超薄絕緣層（厚度僅為幾個納米），很容易通過彈性體散熱，因此允許通過比其他種類應(yīng)變片更大的電流，靈敏度高，工作溫度范圍廣，并可以獲得更高的輸出和更佳的穩(wěn)定性。目前只限于小型稱重傳感器。2.2.3半導(dǎo)體應(yīng)變片1．半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)主要是基于壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體沿某一軸向施加壓力時，除了產(chǎn)生一定應(yīng)變外，材料的電阻率也要發(fā)生變化，從而導(dǎo)致阻值發(fā)生變化，稱為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。式中，E—半導(dǎo)體材料的彈性模數(shù)。（1+2μ）項(xiàng)是幾何形狀變化對電阻相對變化量的影響，其值約為1～2；后面一項(xiàng)即為壓阻效應(yīng)的影響，其值遠(yuǎn)大于前面一項(xiàng)，約為50～150。故可略去（1+2μ）項(xiàng)，因此半導(dǎo)體材料的靈敏度系數(shù)可表示為：半導(dǎo)體材料的應(yīng)變靈敏度系數(shù)遠(yuǎn)大于金屬材料的應(yīng)變度靈敏系數(shù)。由于πE不是常量，故半導(dǎo)體應(yīng)變片的應(yīng)變與輸出電阻值之間的關(guān)系是非線性的。2．半導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)和類型（1）體型半導(dǎo)體應(yīng)變片早期的半導(dǎo)體應(yīng)變片采用機(jī)械加工、化學(xué)腐蝕等方法制成，稱為體型半導(dǎo)體應(yīng)變片。（2）外延型半導(dǎo)體應(yīng)變片這種應(yīng)變片是在多晶硅或藍(lán)寶石的襯底上外延一層單晶硅而制成的。它的優(yōu)點(diǎn)是取消了P-N結(jié)隔離，使工作溫度大為提高(可達(dá)300℃以上)。（3）擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片是將P型雜質(zhì)擴(kuò)散到一個高電阻N型硅基底上，形成一層極薄的P型導(dǎo)電層，然后用超聲波或熱壓焊法焊接引線而制成。（4）薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片是利用真空沉積技術(shù)將半導(dǎo)體材料沉積在帶有絕緣層的試件上或藍(lán)寶石上制成的。半導(dǎo)體應(yīng)變片的特點(diǎn)與金屬電阻應(yīng)變片相比，半導(dǎo)體應(yīng)變片最突出的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，機(jī)械滯后小、橫向效應(yīng)極小以及體積小。缺點(diǎn)是溫度穩(wěn)定性差、靈敏度離散程度大(由于晶向、雜質(zhì)等因素的影響)以及在較大應(yīng)變作用下非線性誤差大等。2.2.4電阻應(yīng)變片的主要特性和性能指標(biāo)1．電阻應(yīng)變片的特性（1）橫向效應(yīng)當(dāng)應(yīng)變片受到縱向的拉伸力時，敏感柵的直線段沿縱向產(chǎn)生拉伸的應(yīng)變εx，使其電阻值增大，而圓弧段則沿橫向產(chǎn)生壓縮的應(yīng)變εy，即產(chǎn)生反方向的應(yīng)變，引起負(fù)的電阻變化（電阻值減?。?，因而降低了應(yīng)變片的靈敏度。（2）溫度效應(yīng)當(dāng)環(huán)境溫度變化時，引起應(yīng)變片電阻值的相對變化，從而產(chǎn)生虛假應(yīng)變，對測量結(jié)果造成影響。（3）蠕變和零漂零漂：是指溫度保持恒定，試件不受載荷（即沒有機(jī)械應(yīng)變）的情況下，粘貼在試件上的應(yīng)變片的阻值隨時間變化的特性。蠕變：是指溫度保持恒定，試件在某一恒定機(jī)械應(yīng)變長時間作用下，粘貼在試件上的應(yīng)變片的阻值隨時間變化的特性。應(yīng)變片在工作時，蠕變和零漂是同時存在的。（4）機(jī)械滯后應(yīng)變片安裝在試件上，對于同一機(jī)械應(yīng)變量，加載和卸載過程的特性曲線并不重合，卸載時的指示應(yīng)變高于加載時的指示應(yīng)變，從而造成讀數(shù)不準(zhǔn)確，這種現(xiàn)象稱為機(jī)械滯后。2．電阻應(yīng)變片的性能指標(biāo)（1）應(yīng)變片的電阻值，是指應(yīng)變片在未經(jīng)安裝也不受外力情況下，于室溫下測得的電阻值。應(yīng)變片的標(biāo)稱電阻值一般有100Ω、120Ω、200Ω、350Ω、600Ω、1000Ω等，其中以120Ω最為常用。（2）允許電流，指應(yīng)變片不允許超過的最大電流。否則會引起應(yīng)變片靈敏度變化，零漂和蠕變增加，甚至燒毀。（3）絕緣電阻，引線與試件的絕緣電阻通常為50Ω~100MΩ。作業(yè)布置P352-1、2-2、2-3

課程性質(zhì)：班級名稱：學(xué)生人數(shù)：授課教師：課題：2.2電阻應(yīng)變式傳感器測量電路和典型應(yīng)用課時安排：2授課類型：理論重難點(diǎn)重點(diǎn)應(yīng)變式電阻傳感器的測量電路和典型應(yīng)用難點(diǎn)應(yīng)變式電阻傳感器的測量電路教學(xué)目的和要求1.掌握應(yīng)變式電阻傳感器的溫度補(bǔ)償電路；2.掌握應(yīng)變式電阻傳感器的測量電路；3.了解應(yīng)變式電阻傳感器的典型應(yīng)用。采用教學(xué)方法和實(shí)施步驟講授、課堂討論、分析教具：QSCGQ-ZX型系列傳感器與檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺教學(xué)內(nèi)容2.2.5應(yīng)變式傳感器的溫度誤差和補(bǔ)償1．溫度誤差粘貼在測試件上的應(yīng)變片，由于環(huán)境溫度的變化，會引起應(yīng)變片的電阻值隨之發(fā)生變化，稱為溫度誤差。2．溫度誤差的補(bǔ)償（1）自補(bǔ)償法通過選擇應(yīng)變片或使用特殊的應(yīng)變片，使溫度變化時應(yīng)變片的電阻值不隨溫度變化（溫度系數(shù)和線膨脹系數(shù)不同造成的誤差相互抵消），從而不產(chǎn)生溫度誤差。這種方法的缺點(diǎn)是：金屬絲材料較難選擇，往往某種材料的應(yīng)變片只能用于一種確定材料的測試件，使用局限性很大，一般只用于高溫測量。（2）線路補(bǔ)償法將兩個特性相同的應(yīng)變片，用同樣的方法分別粘貼在測試件上和同樣材質(zhì)的補(bǔ)償塊上，再將它們置于相同的溫度環(huán)境中，利用電橋電路的對稱性，將溫度產(chǎn)生的誤差抵消掉。如圖2-13所示，應(yīng)變片R1承受被測應(yīng)變，稱為工作應(yīng)變片；應(yīng)變片R2不承受應(yīng)變，稱為補(bǔ)償應(yīng)變片。圖2-13線路補(bǔ)償法2.2.6應(yīng)變式傳感器的測量電路測量電路的作用，是將電阻值的相對變化量ΔR/R轉(zhuǎn)換為電壓U或電流I輸出。常用的測量電路是電橋電路。一般情況下，電橋接成等臂電橋（即：R1=R2=R3=R4），電橋達(dá)到平衡時，輸出電壓Uo=0。任意一個橋臂上的電阻值發(fā)生變化時，電橋都會失去平衡，輸出不再為零。電橋的工作方式有：單臂電橋、雙臂電橋（半橋）和全橋三種，如圖2-15所示。圖2-15電橋的三種工作方式（1）單臂電橋單臂電橋是將一個應(yīng)變片接入電橋的一個橋臂，如圖2-15（a），這種方式得到的電壓靈敏度KU=Ui/4，且存在非線性誤差。（2）雙臂電橋雙臂電橋是安裝兩個工作應(yīng)變片，一個受拉，一個受壓，接入電橋相鄰兩個橋臂，稱為雙臂電橋（半橋）差動電路，如圖2-15（b）。電壓靈敏度為KU=Ui/2，是單臂時的兩倍，差動電橋輸出電壓Uo與ΔR/R成線性關(guān)系，沒有非線性誤差，且具有溫度補(bǔ)償作用。（3）全橋全橋是將電橋的四個臂接入四片應(yīng)變片，兩個受拉應(yīng)變，兩個受壓應(yīng)變，構(gòu)成差動全橋電路，注意，相鄰兩個臂應(yīng)變片的應(yīng)變符號相反，如圖2-15（c）。電壓靈敏度為KU=Ui，是單片時的4倍，沒有非線性誤差，同樣具有溫度補(bǔ)償作用。2.2.7應(yīng)變式傳感器的典型應(yīng)用1．金屬電阻應(yīng)變式力傳感器金屬電阻應(yīng)變式力傳感器，主要用作各種電子秤與測力儀表的測力元件。應(yīng)變式力傳感器的彈性敏感元件有多種類型，常用的有：等截面柱、懸臂梁、薄壁圓環(huán)等。（1）等截面柱等截面柱外形為柱狀，如圖2-17所示。圖2-17等截面柱應(yīng)用時，應(yīng)適當(dāng)選擇應(yīng)變片的數(shù)量，并將應(yīng)變片對稱地貼在圓柱表面的中間部分，再將應(yīng)變片接入測量電橋。等截面柱的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，可承受很大的載荷。等截面柱在外力作用下所產(chǎn)生的變形很小，一般用于測量較大的力。（2）懸臂梁懸臂梁是一種一端固定另一端自由的彈性敏感元件，它的截面一般為矩形。根據(jù)梁的截面，可分為等截面懸臂梁和等強(qiáng)度懸臂梁，如圖2-19所示。（a）等截面梁（b）等強(qiáng)度梁圖2-19懸臂梁采用等截面梁時，因受力作用各點(diǎn)所產(chǎn)生的應(yīng)變不等，越靠近根部應(yīng)變越大，因此應(yīng)將應(yīng)變片盡可能靠近根部粘貼。而采用等強(qiáng)度梁時，因受力作用各點(diǎn)所產(chǎn)生的應(yīng)變相等，因此應(yīng)變片的粘貼位置不受限制。為提高靈敏度和實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，往往采用四片相同的應(yīng)變片，兩片粘貼在上表面，兩片粘貼在下表面，都是沿軸向粘貼，再將四片應(yīng)變片接成差動全橋。（3）薄壁圓環(huán)圖2-21薄壁圓環(huán)環(huán)型金屬電阻應(yīng)變式力傳感器具有精度較高，穩(wěn)定性好，可拉壓兩用等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種大、中量程的測力和稱重，如：工業(yè)和碼頭用的吊斗電子稱。2．金屬電阻應(yīng)變式壓力傳感器金屬電阻應(yīng)變式壓力傳感器可測量氣、液體的壓力等。所采用的彈性敏感元件有：彈簧管、波紋管、膜片、膜盒、薄壁圓筒等，如圖2-23。（a）彈簧管（b）薄壁圓筒（c）膜片（d）波紋管圖2-23壓力傳感器彈性敏感元件3．金屬電阻應(yīng)變式加速度傳感器圖2-24電阻應(yīng)變式加速度傳感器作業(yè)布置P352-4、2-5、2-6

課程性質(zhì)：班級名稱：學(xué)生人數(shù)：授課教師：課題：實(shí)驗(yàn)一金屬箔式應(yīng)變片性能測試——單臂電橋型課時安排：2授課類型：實(shí)訓(xùn)課重難點(diǎn)重點(diǎn)金屬箔式應(yīng)變片、單臂電橋的工作原理和工作情況。難點(diǎn)金屬箔式應(yīng)變片、單臂電橋的工作原理。教學(xué)目的和要求了解金屬箔式應(yīng)變片、單臂電橋的工作原理和工作情況。采用教學(xué)方法和實(shí)施步驟講授、課堂討論、分析教具：QSCGQ-ZX型系列傳感器與檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺教學(xué)內(nèi)容一、實(shí)驗(yàn)原理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ΔR/R為電阻絲阻值的相對變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，ε=Δl/l為電阻絲長度相對變化，即應(yīng)變，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，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，電橋的輸出電壓反映了相應(yīng)的受力狀態(tài)。單臂電橋輸出電壓UO1=EKε/4。二、實(shí)驗(yàn)器材直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動變換器Ⅰ、應(yīng)變片傳感器、砝碼、電壓表、電源。直流穩(wěn)壓電源±5V，電壓表20V擋，差動變換器Ⅰ增益最大。應(yīng)變片應(yīng)變片引出線固定墊圈固定螺絲限程螺絲模塊彈性體托盤加熱絲應(yīng)變片圖S1.1應(yīng)變式傳感器安裝示意圖三、實(shí)驗(yàn)步驟1．了解所需單元、部件在實(shí)驗(yàn)儀上的所在位置。2．將差動變換器I調(diào)零：用導(dǎo)線將差動變換器I的Uin1、Uin2、地短接。將差動變換器I的輸出端Uout與電壓表的輸入端正（+）相連，接地端與負(fù)（-）相連；開啟電源，調(diào)節(jié)差動變換器I的增益到接近最大位置，調(diào)整差動變換器I的調(diào)零旋鈕使電壓表顯示為零，關(guān)閉電源。根據(jù)圖S1.2接線，R1=R2=R3=R4=350Ω。R4是應(yīng)變片；將穩(wěn)壓電源調(diào)至±5V，電壓表20V檔。開啟電源，緩慢調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的RW1，使電壓表顯示為零，然后將電壓表分別置于2V、200mV擋，再調(diào)電橋RW1（慢慢地調(diào)），使電壓表顯示為零(單臂單橋電路由于單個傳感器與電阻結(jié)合，受外部干擾實(shí)驗(yàn)調(diào)零不易，需要通電運(yùn)行2分鐘之后方可穩(wěn)定）。圖S1.2單臂電橋型接線參考圖3．用手輕輕的按一下應(yīng)變片傳感器上的托盤，松開手后觀察差動變換器I輸出是否為0，如果不是，繼續(xù)調(diào)節(jié)RW1，使輸出為0。反復(fù)操作這個步驟2~3遍即可。將砝碼逐個輕輕的放在應(yīng)變片傳感器的托盤上，放置砝碼的時候不能碰到導(dǎo)線以及實(shí)驗(yàn)儀的其他部位，每放一個砝碼記下一個數(shù)據(jù)。4．Δm＝20g記一個數(shù)值填入下表：重量（g）020406080100120140160180200電壓（mv）根據(jù)所得結(jié)果計(jì)算靈敏度S＝ΔV／Δm（式中Δm為20g的稱重變化，ΔV為相應(yīng)電壓表顯示的電壓相應(yīng)變化）。5．實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源，所有旋鈕轉(zhuǎn)到初始位置。作業(yè)布置整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

課程性質(zhì)：班級名稱：學(xué)生人數(shù)：授課教師：課題：實(shí)驗(yàn)二金屬箔式應(yīng)變片：單臂、半橋、全橋比較課時安排：2授課類型：實(shí)訓(xùn)課重難點(diǎn)重點(diǎn)單臂、半橋、全橋的性能及相互之間關(guān)系。難點(diǎn)單臂、半橋、全橋的性能及相互之間關(guān)系。教學(xué)目的和要求驗(yàn)證單臂、半橋、全橋的性能及相互之間關(guān)系。采用教學(xué)方法和實(shí)施步驟講授、課堂討論、分析教具：QSCGQ-ZX型系列傳感器與檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺教學(xué)內(nèi)容一、實(shí)驗(yàn)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：R1=R2=R3=R4，其變化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4時，其橋路輸出電壓Uo3=EKε。其輸出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。二、實(shí)驗(yàn)器材直流穩(wěn)壓電源、差動變換器I、電橋、電壓表、砝碼、應(yīng)變片傳感器、電源。直流穩(wěn)壓電源±5V，電壓表2V擋，差動變換器I增益最大。三、實(shí)驗(yàn)步驟1．按實(shí)驗(yàn)一的方法將差動變換器I調(diào)零后，關(guān)閉電源。2．按圖S2.1接線，圖中R4接應(yīng)變片。圖S2.1單臂電橋型接線參考圖3．按實(shí)驗(yàn)一的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電壓表示數(shù)顯示為零后，在傳感器托盤上放上一只20g的砝碼，記下此時的電壓數(shù)值，然后每增加一只砝碼記下一個數(shù)值，并將這些數(shù)值填入下表。根據(jù)所得結(jié)果計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S=Δv／Δm，并作出v-m關(guān)系曲線，ΔV為電壓變化率，Δm為相應(yīng)的重量變化率。重量（g）020406080100120140160180200電壓（mv）4．按圖S2.2接線，保持放大器增益不變，將R3固定電阻換為與R4工作狀態(tài)相反的另一應(yīng)變片即取二片受力方向不同應(yīng)變片，形成半橋，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟3過程同樣測得讀數(shù)，填入下表：重量（g）020406080100120140160180200電壓（mv）圖S2.2半橋接線參考圖5．按圖2.3接線，保持差動放大器增益不變，將R1，R2兩個固定電阻換成另兩片受力應(yīng)變片，組橋時只要掌握對臂應(yīng)變片的受力方向相同，鄰臂應(yīng)變片的受力方向相反即可，否則相互抵消沒有輸出，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟3過程將讀出數(shù)據(jù)填入下表：重量（g）020406080100120140160180200電壓（mv）圖S2.3全橋接線參考圖6．在同一坐標(biāo)紙上描出v-m曲線，比較三種接法的靈敏度。作業(yè)布置整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

課程性質(zhì)：班級名稱：學(xué)生人數(shù)：授課教師：課題：實(shí)驗(yàn)三應(yīng)變片的溫度效應(yīng)課時安排：2授課類型：實(shí)訓(xùn)課重難點(diǎn)重點(diǎn)溫度對應(yīng)變測試系統(tǒng)的影響難點(diǎn)溫度對應(yīng)變測試系統(tǒng)的影響教學(xué)目的和要求了解溫度對應(yīng)變測試系統(tǒng)的影響。采用教學(xué)方法和實(shí)施步驟講授、課堂討論、分析教具：QSCGQ-ZX型系列傳感器與檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺教學(xué)內(nèi)容一、實(shí)驗(yàn)原理電阻應(yīng)變片的溫度影響，主要來自兩個方面。敏感柵絲的溫度系數(shù)，應(yīng)變柵線膨脹系數(shù)與彈性體（或被測試件）的線膨脹系數(shù)不一致會產(chǎn)生附加應(yīng)變。因此當(dāng)溫度變化時，在被測體受力狀態(tài)不變時，輸出會有變化。二、實(shí)驗(yàn)器材可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動變換器I、電壓表、加熱器、雙孔懸臂梁稱重傳感器、應(yīng)變片、砝碼、水銀溫度計(jì)（自備）、電源。電源關(guān)閉、直流穩(wěn)壓電源±5V檔，電壓表置20V檔，差動變換器I增益旋鈕置最大。三、實(shí)驗(yàn)步驟1．了解加熱器在實(shí)驗(yàn)儀所在的位置及加熱符號，加熱器封裝在雙孔懸臂梁下片梁的表面，結(jié)構(gòu)為電阻絲。2．將差動變換器I調(diào)零：用導(dǎo)線將差動變換器I的Uin1、Uin2、地短接。將差動變換器I的輸出端與電壓表的輸入端正（+）相連；開啟電源，調(diào)節(jié)差動變換器I的增益接近到最大位置，然后調(diào)整差動變換器I的調(diào)