实验一 金属箔式应变片实验报告

传感器实验报告厦门大学嘉庚学院传感器实验报告实验项目：实验一、二、三金属箔式应变片——单臂、半桥、全桥实验台号：专业：物联网工程年级：2014级班级：1班学生学号：ITT4004学生姓名：黄曾斌实验时间：2016年5月20日成绩：预习审核：评阅签名：传感器实验报告实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验一．实验目的了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。二．基本原理金属电阻丝在未受力时，原始电阻值为R=ρL/S。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：式中RR/为电阻丝电阻的相对变化，K为应变灵敏系数，LL/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的受力状态变化，电桥的作用是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。输出电压：1.单臂工作：电桥中只有一个臂接入被测量，其它三个臂采用固定电阻；输出UO14/EK。2.双臂工作：如果电桥两个臂接入被测量，另两个为固定电阻就称为双臂工作电桥，又称为半桥形式；半桥电压输出UO22/EK。3.全桥方式：如果四个桥臂都接入被测量则称为全桥形式。全桥电压输出UO3EK。三．需用器件与单元CGQ-001实验模块、CGQ-013实验模块、应变式传感器、砝码、电压表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。ERRRRRRRRUO43213241传感器实验报告四．实验步骤1．根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入模块的左上方的BF1、BF2、BF3、BF4。加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，RBF1=RBF2=RBF3=RBF4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。2．差放调零3．电桥调零4．在电子秤上放置一只砝码，读取电压表数值，依次增加砝码和读取相应的电压表值，直到200g砝码加完。记下实验结果填入表1-1，关闭电源。表1-1单臂电桥输出电压与加负载重量值重量（g）020406080100120140160180200电压（mv）01.53.04.56.07.59.010.812.51415.5回程测量电压（mv）5．根据表1-1计算系统灵敏度S，S=Wu/（u输出电压变化量；W重量变化量）计算线性误差：f1=ym/F•S×100%，式中m为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yF•S满量程输出平均值，此处为200g测量出的电压。由所得数据绘出单臂电桥的传感器特性曲线如下(mv)（g）应变片引出线固定垫圈固定螺丝限程螺丝模块弹性体托盘加热丝应变片图1-1应变式传感器安装示意图传感器实验报告(1)计算系统灵敏度Δu=1.5mVΔW=20gS=Δu/ΔW=0.075mV/g（2）计算非线性误差：Δm=（0+1.5+3.0+4.5+6.0+7.5+9.0+10.8+12.5+14+15.5）/11=7.67mVyFS=15.5mVδf1=Δm/yFS×100%=49.5%五．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。答：正、负应变片都可以，因为正负对单臂电桥的传感器特性无影响。实验二金属箔式应变片——半桥性能实验一．实验目的比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点。二．基本原理不同受力方向的两片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。当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uo2=2/EK。三．需要器件与单元同实验一。四．实验步骤1．传感器安装同实验一。做实验（一）2的步骤，实验模块差动放大器调零（注意：同时做实验一、二、三时，实验一调节差动放大器为零后，后面实验二、三不再调节差动放大器）。2．根据图2-1接线。BF1、BF2为CGQ-013实验模块左上方的应变片，注意BF2和BF1受力状态相反，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。接入桥路电源±4V，调节电桥调零电位器Rw1进行桥路调零，实验步骤3、4同实验一中4、5的步骤，将实验数据记入表2-1，计算灵敏度S=Wu/，非线性误差f2。传感器实验报告表2-1半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量（g）020406080100120140160180200电压（mv）03.06.09.012.015.018.021.024.027.030.0回程测量电压（mv）由所得数据绘出半桥电桥的传感器特性曲线如下：(mv)(g)（1）计算系统灵敏度：Δu=3mVΔW=20gS=Δu/ΔW=0.15mV/g（2）计算非线性误差：Δm=（0+3.0+6.0+9,0+12.0+15.0+18.0+21.0+24.0+27.0+30.0）/11=15mVyFS=30mVδf2=Δm/yFS×100%=50%五．思考题1．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：邻边。2．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。答：电桥测量原理上存在非线性实验三金属箔式应变片——全桥性能实验一．实验目的了解全桥测量电路的优点。二．基本原理传感器实验报告全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，当应变片初始阻值：RBF1=RBF2=RBF3=RBF4，其变化值ΔRBF1=ΔRBF2=ΔRBF3=ΔRBF4时，其桥路输出电压Uo3=KE。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。三．需用器件和单元同实验一。四．实验步骤1．传感器安装同实验一。接入模块电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关。2．根据图3-2接线，实验方法与实验二相同。将实验结果填入表3-1；进行灵敏度和非线性误差计算。表3-1全桥输出电压与加负载重量值重量（g）020406080100120140160180200电压（mv）06.012.018.124.130.036.042.048.154.160.0回程测量电压（mv）由所得数据绘出全桥电桥的传感器特性曲线如下：（mv）(g)（1）计算系统灵敏度：Δu=6mVΔW=20gS=Δu/ΔW=0.3mV/g（2）计算非线性误差：Δm=（0+6.0+12.0+18,1+24.1+30.0+36.0+42.0+48.1+54.1.0+60.0.0）/11=30.04mVyFS=60mVδf2=Δm/yFS×100%=50%五．思考题1．全桥测量中，当两组对边（BF1、BF3为对边）电阻值R相同时，即RBF1=RBF3，RBF2=传感器实验报告RBF4，而RBF1≠RBF2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。答：可以组成全桥电路。2．某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻?答：将这两组应变片按照两个不同方向贴在棒材上，利用两组不同的测量值即可组成一个全路电桥，不需要外加电阻。实验四金属箔式应变片单臂、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。答：全桥是半桥的两倍，半桥是单臂的两倍，也就是说，灵敏度：全=2*半=4*单。二．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。阐述理由（注意：实验一、二、三中的放大器增益必须相同）。R1R2R3R4FFR1R2R3R4FF图3-1应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图