电子秤的实验感测技术实验一

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学生实验报告学院:软件与通信工程学院课程名称:感测技术基础专业班级:电子信息121姓名:谢鑫学号:0123691-2-学生实验报告(3)学生姓名谢鑫学号0123691同组人黄文实验项目电子秤的实验□必修□选修□演示性实验□验证性实验□操作性实验□综合性实验实验地点W207实验仪器台号指导教师彭向东实验日期及节次2015、4、30三四节一、实验综述1、实验目的1.了解金属箔式应变片的应变效应,电桥的工作原理。2.了解单臂电桥、半桥、全桥的性能,并比较其灵敏度和非线性度。3.通过实验后能够设计信号放大电路。2、实验仪器、设备或软件应变式传感器实验模板、应变式传感器、托盘、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表、导线若干。二、实验过程(实验步骤、记录、数据、分析)1、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元件,通过它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,电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压Uo1=EKε/4。对于半桥不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边,电桥输出灵敏度提高,非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时,其桥路输出电压UO2=EKε/2。全桥测量电路中,将受力性相同的两应变片接入电桥对边,当应变片初始阻值:R1=R2=R3=R4,其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时,其桥路输出电压U03=KEε。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍,非线性误差得到改善。√√-3-2、实验内容:1、根据图2-1可知应变式传感器已装于应变传感器模板上。各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模板上,可用万用表进行判别,R1=R2=R3=R4=350Ω,加热丝阻值为50Ω左右。2、接入模板电源15V(从主控台引入),检查无误后,合上主控箱电源开关,将实验模板调节增益电位器RW3顺时针调节大致到中间位置,再进行差动放大器调零,方法为将差放的正负输入端与地短接,输出端与主控箱面板上数显表电压输入端Vi相连,调节实验模板上的调零电位器RW4,使数显表显示为零(数显表的量程切换开关打到2V档)。关闭主控箱电源。图2-1应变式传感器安装示意图3、将应变式传感器的其中一个电阻应变片R1(即模块左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7、模块内已连接好),接好电桥调零电位器RW1,接上桥路电源±4V,此时应将±4V地与±15V地短接(因为不共地),如图2-2所示,检查无误后,合上主控箱电源开关。调节Rw1,在托盘上不加砝码时,使桥路输出为零。-4-图2-2应变式传器实验模板电原理图4、为便于读取数据,将10只砝码全部置于传感器秤托盘上,调节电位器RW3使VO2输出为50的整数倍值。在传感器托盘上放置一只砝码,读取数显表数值,依次增加砝码和读取相应的数显表值,直到500g砝码加完。记下实验结果填入表2-1。计算系统灵敏度S,非线性误差δ。表2-1单臂电桥输出电压与加负载重量值重量(g)20406080100120140160180200电压(mv)0612182430354147535、将图2-2电桥中的R5改接成R2或R4,即将传感器中两片受力相反(一片受拉、一片受压)的电阻应变片作为电桥的相邻边进行半桥实验,见图2-3,接入桥路电源±4V,进行桥路调零,重复步骤2、3、4,将实验数据记入表2-2,计算灵敏度S,非线性误差δ。-5-图2-3应变式传感器半桥实验接线图表2-2半桥测量时,输出电压与加负载重量值重量(g)20406080100120140160180200电压(mv)1020314252637384951066、将传感器四片应变片接成全桥电路,见图2-4。重复步骤2、3、4,将实验结果填入表2-3;进行灵敏度和非线性误差计算。-6-图2-4全桥性能实验接线图表2-3全桥输出电压与加负载重量值重量(g)20406080100120140160180200电压(mv)11243751647892105118132三、结论1、实验结果结果一:S=0.2927=-0.001结果二:-7-S=0.5327=-0.0043结果三:-8-S=0.6739=-0.00112、分析讨论根据最小二乘法由MATLAB来画出实际曲线和拟合曲线,并求出灵敏度和非线性误差。四、思考题、单臂电桥时,作为桥臂电阻应变片应选用:(1)正(受拉)应变片(2)负(受压)应变片(3)正、负应变片均可以。2、电桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时,应放在:(1)对边(2)邻边。3、桥路(差动电桥)测量时存在非线性误差,是因为:(1)电桥测量原理上存在非线性(2)应变片应变效应是非线性的(3)调零值不是真正为零。4、电桥测量中,当两组对边(R1、R3为对边)值R相同时,即R1=R3,R2=R4,而R1≠R2时,是否可以组成全桥:(1)可以(2)不可以。5、实验中的电子秤与超市的电子称有什么区别?试画出超市的电子称实现的原理框图。如下图所示,原理不同。-9-五、指导教师评语及成绩:

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