傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告(電阻應(yīng)變式傳感器)

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1、傳 感 器 技 術(shù) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 院（系） 機(jī)械工程系 專業(yè) 班級(jí) 姓 名 同組同學(xué) 實(shí)驗(yàn)時(shí)間 2014 年 月 日，第 周，星期 第 節(jié) 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 單片機(jī)與傳感器實(shí)驗(yàn)室 實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào) 實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式

2、應(yīng)變片——單臂電橋性能實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和性能。 二、實(shí)驗(yàn)儀器： 應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤、砝碼（每只約20g）、、數(shù)顯電壓表、15V、4V電源、萬(wàn)用表（自備）。 三、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，如圖1-1所示，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

3、體形變被拉伸，或被壓縮。 圖1-1 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，如圖1-2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 （1-1） E為電橋電源電壓，R為固定電阻值，式1-1表明單臂電橋輸出為非線性，非線性誤差為。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1．圖1-1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(wàn)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

4、接，輸出端Uo2接數(shù)顯電壓表（選擇2V檔），調(diào)節(jié)電位器Rw3，使電壓表顯示為0V，Rw3的位置確定后不能改動(dòng)，關(guān)閉主控臺(tái)電源。 圖1-2 應(yīng)變式傳感器單臂電橋?qū)嶒?yàn)接線圖 3．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1-2，接好電橋調(diào)零電位器Rw1，直流電源4V（從主控臺(tái)接入），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。 4．在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼，調(diào)節(jié)Rw4，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Rw4不變，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表

5、值，直到200g砝碼加完，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入表1-1，關(guān)閉電源。 表1－1 重量(g) 電壓(mV) 五、注意事項(xiàng) 加在應(yīng)變傳感器上的壓力不應(yīng)過(guò)大，以免造成應(yīng)變傳感器的損壞！ 六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 根據(jù)表1－1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU輸出電壓變化量，ΔW重量變化量）和非線性誤差δf1=Δm/yF..S 100％，式中Δm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。

6、 七、思考題： 采用單臂電橋時(shí)，作為橋臂的電阻應(yīng)變片應(yīng)選用： (1)正(受拉)應(yīng)變片； (2)負(fù)(受壓)應(yīng)變片； (3)正、負(fù)應(yīng)變片均可以。 答： 傳 感 器 技 術(shù) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 院（系） 機(jī)械工程系 專業(yè) 班級(jí) 姓 名 同組同學(xué) 實(shí)驗(yàn)時(shí)間 2014 年 月 日，第

7、 周，星期 第 節(jié) 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 單片機(jī)與傳感器實(shí)驗(yàn)室 實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào) 實(shí)驗(yàn)二 金屬箔式應(yīng)變片——半橋性能實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模罕容^半橋與單臂電橋的不同性能、了解其特點(diǎn)。 二、實(shí)驗(yàn)儀器：同實(shí)驗(yàn)一 三、實(shí)驗(yàn)原理：不同受力方向的兩片應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當(dāng)兩片應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時(shí)，其橋路輸出電壓 （2-1） U0比單臂電橋靈敏度提高一倍，半橋輸出與應(yīng)變片阻值變化率呈線性關(guān)系。

8、 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 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(wàn)用表測(cè)量判別，R1=R2=R3=R4=350Ω。 圖2-1 應(yīng)變式傳感器半橋?qū)嶒?yàn)接線圖 2．差動(dòng)放大器調(diào)零。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Uo2接數(shù)顯電壓表（選擇2V檔），調(diào)節(jié)電位器Rw3，使電壓表顯示為0V，Rw3的位置確定后不能改動(dòng)，關(guān)閉主控臺(tái)電源。 3．根據(jù)圖2-1接線，R1、R2為實(shí)驗(yàn)?zāi)０遄笊戏降膽?yīng)變片，注意R2應(yīng)和R1受力狀態(tài)相反，即橋路的鄰邊必須是傳感器中兩片受力方向相反(一片受拉、一片受壓

9、)的電阻應(yīng)變片。接入橋路電源4V（從主控臺(tái)接入），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。 4．在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼，調(diào)節(jié)Rw4，改變差動(dòng)放大器的增益，使數(shù)顯電壓表顯示10mV，讀取數(shù)顯表數(shù)值，保持Rw4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，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入下表，關(guān)閉電源。 表2－1 重量(g) 電壓(mV) 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

10、 根據(jù)表2－1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度L＝ΔU/ΔW和非線性誤差δf2。 六、思考題： 1．半橋側(cè)量時(shí)兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片在接入電橋時(shí)，應(yīng)放在：(1)對(duì)邊？(2)鄰邊的位置？ 答： 2．橋路測(cè)量時(shí)存在非線性誤差，是因?yàn)椋?1)電橋測(cè)量原理上存在非線性誤差？(2)應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)是非線性的？(3)零點(diǎn)偏移？ 答： 傳 感 器 技 術(shù) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 院（系） 機(jī)械工程系 專業(yè) 班級(jí) 姓 名

11、 同組同學(xué) 實(shí)驗(yàn)時(shí)間 2014 年 月 日，第 周，星期 第 節(jié) 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 單片機(jī)與傳感器實(shí)驗(yàn)室 實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào) 實(shí)驗(yàn)三 金屬箔式應(yīng)變片――全橋性能實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私馊珮驕y(cè)量電路的優(yōu)點(diǎn)。 二、實(shí)驗(yàn)儀器：同實(shí)驗(yàn)一。 三、實(shí)驗(yàn)原理： 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3-1，當(dāng)應(yīng)變片初始值相等

12、，變化量也相等時(shí)，其橋路輸出： Uo=Ekε （3-1） E為電橋電源電壓，式3-1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。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 圖3-1 全橋性能實(shí)驗(yàn)接線圖 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(wàn)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Uo2接數(shù)顯電壓表（選擇2V檔），調(diào)節(jié)電位器Rw3，使電壓表顯示為0V。Rw

13、3的位置確定后不能改動(dòng)，關(guān)閉主控臺(tái)電源。 3．按圖3-1接線，將受力不同的4只應(yīng)變片接入電橋的鄰邊，接入電橋調(diào)零電位器Rw1，直流電源4V(從主控臺(tái)接入)，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。 4．在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼，調(diào)節(jié)Rw4，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Rw4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，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入下表3-1，關(guān)閉電源。 表3-1 重量(g) 電壓(mV)

14、 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 根據(jù)表3-1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算靈敏度L=ΔU/ΔW，非線性誤差δf3 六、思考題 1．全橋測(cè)量中，當(dāng)兩組對(duì)邊(R1、R3)電阻值相同時(shí)，即R1= R3, R2= R4,而R1≠R2時(shí)，是否可以組成全橋：(1)可以，(2)不可以。 答： 2．工程技術(shù)人員在進(jìn)行材料拉力測(cè)試時(shí)在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，如何利用這四片電阻應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。 圖3-2 應(yīng)變式傳感器受拉時(shí)傳感器圓平面展開(kāi)圖 傳 感 器 技 術(shù) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 院（系） 機(jī)械工程系 專業(yè)

15、 班級(jí) 姓 名 同組同學(xué) 實(shí)驗(yàn)時(shí)間 2014 年 月 日，第 周，星期 第 節(jié) 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 單片機(jī)與傳感器實(shí)驗(yàn)室 實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào) 實(shí)驗(yàn)四 直流全橋的應(yīng)用——電子稱實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私庵绷魅珮虻膽?yīng)用及電路的定標(biāo) 二、實(shí)驗(yàn)儀器：同實(shí)驗(yàn)一

16、 三、實(shí)驗(yàn)原理： 電子稱實(shí)驗(yàn)原理同實(shí)驗(yàn)三的全橋測(cè)量原理，通過(guò)調(diào)節(jié)放大電路對(duì)電橋輸出的放大倍數(shù)使電路輸出電壓值為重量的對(duì)應(yīng)值，電壓量綱（V）改為重量量綱（g）即成一臺(tái)比較原始的電子稱。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1．按實(shí)驗(yàn)三的步驟1、2、3接好線并將電路調(diào)零。 2．將10只砝碼全部置于傳感器的托盤上，調(diào)節(jié)電位器Rw4（滿量程時(shí)的增益），使數(shù)顯電壓表顯示為0.200V（2V檔測(cè)量）。 3．拿去托盤上所有砝碼，觀察數(shù)顯電壓表是否顯示為0.00V，若不為0.00V，再次調(diào)節(jié)Rw4調(diào)零。 4．重復(fù)2、3步驟的定標(biāo)過(guò)程，直到精確為止，把電壓量綱改為重量量綱即可以稱重。 5．將砝碼依次放到托盤上并讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入下表，關(guān)閉電源。 表4-1 重量(g) 電壓(mV) 6．打開(kāi)電源，根據(jù)定標(biāo)結(jié)果，在電子秤上稱量幾樣自己的隨身物品（例如手機(jī)、鑰匙等）的重量，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入下表，關(guān)閉電源。 表4-2 電壓(mV) 手機(jī) 鑰匙 重量(g)