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传感器与检测技术实验报告课程名称：传感器与检测技术实验项目：应变式传感器实验实验地点：专业班级：学号：姓名：指导教师：2013年11月11日实验一应变片单臂电桥性能实验一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。1、应变片的电阻应变效应：所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这物理现象称为“电阻应变效应”。2、应变灵敏度：它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。3、贴片式应变片应用：在贴片式工艺的传感器上普遍应用金属箔式应变片，制成扩散型压阻式传感器。4、箔式应变片基本结构：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。5、测量电路：电桥电路具有结构简单、灵敏度高、测量范围宽、线性度好且易实现温度补偿等优点。电桥电路按其工作方式分有单臂、双臂和全桥三种，单臂工作输出信号最小、线性、稳定性较差；双臂输出是单臂的两倍，性能比单臂有所改善；全桥工作时的输出是单臂时的四倍，性能最好。三、需用器件与单元：主机箱中的±2V～±10V直流稳压电源、±15V直流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码；421位数显万用表。四、实验步骤：将托盘安装到传感器上。测量应变片的阻值：当传感器的托盘上无重物时，分别测量应变片R1、R2、R3、R4的阻值。在传感器的托盘上放置10只砝码后再分别测量R1、R2、R3、R4的阻值变化，分析应变片的受力情况测量结果表2.实验模板中的差动放大器调零：按图1—6示意接线，将主机箱上的电压表量程切换开关切换到2V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关；调节放大器的增益电位器RW3合适位置后，再调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。应变片单臂电桥实验：关闭主机箱电源，按图1—7示意图接线，将±2V～±10V可调电源调节到±4V档。调节实验模板上的桥路平衡电位器RW1，使主机箱电压表显示为零；在传感器的托盘上依次增加放置一20g砝码，读取相应的数显表电压值，记下实验数据填入表1。表1应变片单臂电桥性能实验数据重量(g)020406080100120140160180电压(mV)0-4-7-12-16-20-25-29-33-38表2电阻阻值测量5、根据表1数据作出曲线并计算系统灵敏度S＝ΔV/ΔW（ΔV输出电压变化量，ΔW重量变化量）和非线性误差δ，δ=Δm/yFS×100％式中Δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yFS满量程输出平均值，此处为200g。实验完毕，关闭电源。实验二应变片半桥性能实验一、实验目的：了解应变片半桥工作特点及性能。二、基本原理：应变片半桥特性实验原理如图所示。三、需用器件与单元：主机箱中的±2V～±10V直流稳压电源、±15V直流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码。四、实验步骤：按实验一中的步骤1和步骤3实验。关闭主机箱电源，除将图1—7改成图2—2示意图电阻阻值（Ω）R1R2R3R4无重物0.3490.3480.3480.34810只砝码0.3520.3510.3510.351接线外，其它按实验一中的步骤4实验。读取相应的数显表电压值，填入表2中。表2应变片半桥实验数据重量(g)020406080100120140160180电压(mV)0716243341505867753、根据表2实验数据作出实验曲线，计算灵敏度S＝ΔV/ΔW，非线性误差δ。实验完毕，关闭电源。五、思考题：半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。答：不同受力方向的两只应变片应接入电桥作为邻边,中点的电位变化的才能和另外的参考点进行比较，如果不在临边，也就会出现当两个应变片都发生变化时，与他们对应电阻的电位差可能会出现0的情况。实验三应变片全桥性能实验一、实验目的：了解应变片全桥工作特点及性能。二、基本原理：应变片全桥特性实验原理如图所示。应变片全桥测量电路中，将应力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性得到改善。三、需用器件和单元：主机箱中的±2V～±10V直流稳压电源、±15V直流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码。四、实验步骤：实验步骤与方法参照实验二，将实验数据填入表3作出实验曲线并进行灵敏度和非线性误差计算。实验完毕，关闭电源。表3全桥性能实验数据重量(g)020406080100120140160180电压(mV)0-16-33-50-68-85-102-119-136-153实验四应变片单臂、半桥、全桥性能比较一、实验目的：比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。二、基本原理：全桥电桥的电压灵敏度:S＝Uo／(△R1／R1)≈kE＝(1／4)E单臂电桥:Uo≈(1／2)(△R1／R1)ES＝(1／2)E双臂电桥Uo≈(△R1／R1)ES＝E三、需用器件与单元：主机箱中的±2V～±10V直流稳压电源、±15V直流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码。四、实验步骤：根据实验一、二、三所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度，从理论上进行分析比较。经实验验证阐述理由。实验完毕，关闭电源。实验五应变片直流全桥的应用—电子秤实验一、实验目的：了解应变直流全桥的应用及电路的标定。二、基本原理：常用的称重传感器就是应用了箔式应变片及其全桥测量电路。三、需用器件与单元：主机箱中的±2V～±10V直流稳压电源、±15V直流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码。四、实验步骤：按实验一中的1和3步骤实验。关闭主机箱电源，按图示意接线，将±2V～±10V可调电源调节到±4V档。调节实验模板上的桥路平衡电位器RW1，使主机箱电压表显示为零；将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器RW3使数显表显示为0.200V。拿去托盘上的所有砝码，调节电位器RW4使数显表显示为0.000V。重复上述标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V改为重量纲g，将砝码依次放在托盘上称重；放上笔、钥匙之类的小东西称一下重量。实验完毕，关闭电源。【感想】根据这个实验，我了解了应变片传感器的分类，结构，基本原理，工作方式。通过自己亲自的动手实践，我了解到了比课本上更多的内容，不再只是从书本上的文字中理解传感器，而是从实物角度见到了传感器的性能以及功能，对课本上描述的有了进一步深入的了解，同时增强了对这门课的认识，加强了动手能力。