金属箔式应变片传感器性能设计研究实验报告.doc

完美.格式.编辑 专业.资料.整理 南昌大学物理实验报告 课程名称： 普通物理实验（3） 实验名称： 金属箔式应变片传感器性能研究 学院： 专业班级： 学生姓名： 学号： 实验地点： 座位号： 实验时间： 实验目的： 1.了解金属箔式应变片的应变效应，掌握单臂电桥工作原理和性能。 2.比较全桥、、半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。 3.了解全桥测量电路的优点及其在工程测试中的实际应用。 实验仪器： 应变传感器实验模块、托盘、砝码、、数显电压表、±15V和±4V电源 实验原理： 电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR/R=Kε，式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。通过这些应变片转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化。 1、单臂电桥实验如图1-1所示，R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥。 其输出电压 E为电桥电源电压，R为固定电阻值，上式表明单臂电桥输出为非线性，存在着非线性误差 2、半桥差动电路如图1-2，不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边。 图1-2 电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为 U E为电桥电源电压，上式表明，差动半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。 3、全桥测量电路如图1-3，受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出： E为电桥电源电压，上式表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍。 实验内容： 1、单桥性能测试 （1）变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上，可用多用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω. （2）从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接，输出端U02接数显电压表（选择2V档），调节电位器Rw4，使电压表显示为0V，Rw4的位置确定后不能改动。关闭主控台电源。 （3）将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R5,R6,R7构成一个单臂直流电桥，见图31-2，接好电桥调零电位器Rw1，直流电源±4V，电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw1，使电压表显示为零（不为零亦可）。 （4）在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw3，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示2mV，读取数显表数值，保持Rw3不变，依次增加砝码并读取相应的数显表值，表格自拟。 2、半桥性能测试 差动放大器调零后，按图31-3接线。调节Rw1，使电压表显示为零。在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw3，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示10mV左右，读取数显表数值，保持Rw3不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，表格自拟。 3、全桥性能测试 差动放大器调零后，按图31-4接线，在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw3，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示0.020V左右，读取数显表数值，保持Rw3不变，依次增加砝码并读取相应的数显表数值，直到200g砝码加完。 实验数据及数据分析处理： 表一：单桥性能测试 m/g 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 U/mV 2.0 6.1 10.5 14.8 18.1 22.4 26.5 31.2 36.5 40.9 拟合U/mV 1.65 5.93 10.21 14.48 18.76 23.04 27.32 31.59 35.87 40.15 ΔU/mV 0.35 0.17 0.29 0.32 0.66 0.64 0.82 0.39 0.63 0.75 计算