實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片 單臂、半橋、全橋性能比較實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋容^單臂、半橋、全橋輸出時(shí)的靈敏度和非線性誤差，得出相應(yīng)的結(jié)論。二、實(shí)驗(yàn)原理電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時(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 （1）式中 為電阻絲電阻相對(duì)變化；為應(yīng)變靈敏系數(shù)；為電阻絲長度相對(duì)變化。金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感組件。如圖1所示，將四個(gè)金屬箔式應(yīng)變片分別貼在雙孔懸臂梁式彈性體的上下兩側(cè)，彈性體受到壓力發(fā)生形變，則應(yīng)變片隨彈性體形變被拉伸，或被壓縮。 圖1 應(yīng)變式傳感器安裝示意圖三、主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備1應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K2托盤3砝碼415V、4V電源5直

2、流電壓表6. 萬用表（自備）四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1應(yīng)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，可用萬用表測(cè)量判別，R1=R2=R3=R4=350。通過這些應(yīng)變片轉(zhuǎn)換彈性體被測(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，如圖2所示R5=R6=R7=R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 （2）其中，為電橋電源電壓。2差動(dòng)放大器調(diào)零。從主控臺(tái)接入15V電源，檢查無誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，將差動(dòng)放大器的輸入端Ui短接并與地短接，輸出端Uo接數(shù)顯電壓表（選擇2V檔）。將電位器調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的Rw4調(diào)到適當(dāng)位置（注意：不能置于逆時(shí)針最小位置?。?，調(diào)節(jié)

3、電位器Rw3使電壓表顯示為0V。關(guān)閉主控臺(tái)電源（Rw3、Rw4的位置確定后不能改動(dòng)）。3按圖2連線，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。圖2 單臂電橋面板接線圖4加托盤后電橋調(diào)零。電橋輸出接到差動(dòng)放大器的輸入端Ui，檢查接線無誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，預(yù)熱五分鐘，調(diào)節(jié)Rw1使電壓表顯示為零。5在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，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，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入表1。表1 單臂、半橋、全橋測(cè)量時(shí)，輸出電壓與砝碼重量的關(guān)系重量(g)電壓(mV)單臂半橋全橋6不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電橋作

4、為鄰邊，如圖3。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 （3）式3表明，半橋輸出與應(yīng)變片阻值變化率呈線性關(guān)系。保持Rw3、Rw4的位置不變，按圖3接線，將受力相反（一片受拉，一片受壓）的兩只應(yīng)變片接入電橋的鄰邊；加托盤后調(diào)節(jié)Rw1將電橋調(diào)零；在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，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，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入表1。圖3 半橋電橋面板接線圖7全橋測(cè)量電路中，將受力性質(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，如圖4，當(dāng)應(yīng)變片初始值相等，變化量也相等時(shí)，其橋路輸出Uo= （4）式中為電

5、橋電源電壓；為電阻絲電阻相對(duì)變化。式4表明，全橋輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差得到進(jìn)一步改善。保持Rw3、Rw4的位置不變，按圖4接線，將四只應(yīng)變片接入電橋，始終保持相鄰的兩只應(yīng)變片受力方向相反；加托盤后調(diào)節(jié)Rw1將電橋調(diào)零；在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，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，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入表1。8實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源，整理好實(shí)驗(yàn)設(shè)備。圖4 全橋電橋面板接線圖五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)1根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)計(jì)算單臂系統(tǒng)靈敏度S1U/W（U輸出電壓變化量，W重量變化量）。2計(jì)算單臂電橋的非線性誤差f1=m/yF.S 100。式中m為輸出值（多次測(cè)量時(shí)為平均值）與擬合直線的最大偏差；yFS為滿量程（200g）輸出平均值。3根據(jù)所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算半橋的靈敏度S2和非線性誤差f2。4根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算全橋的靈敏度S3和非線性誤差f3。5比較三種電橋的靈敏度和非線性誤差。將得到的結(jié)論與理論計(jì)算進(jìn)行比較。六、預(yù)習(xí)及思考1預(yù)習(xí)教材中有關(guān)電阻應(yīng)變傳感器的內(nèi)容。2引起半橋測(cè)量的非線性誤差原因是什么？3半橋測(cè)量時(shí)兩片不同受力狀態(tài)