试验一金属箔式应变片——单臂电桥性能试验-齐鲁理工学院.doc

传感器与检测技术实验指导书齐鲁理工学院目录实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 1实验二 金属箔式应变片——半桥性能实验 4实验三 金属箔式应变片——全桥性能实验 6实验四 直流全桥的应用——电子秤实验 8实验五 差动变压器的性能测定 9实验六 差动变压器零点残余电压测定及补偿 11实验七 激励频率对差动变压器特性的影响 13实验八 电容式传感器的位移特性实验 15实验九 直流激励时霍尔传感器位移特性实验 17实验十 Pt100 热电阻测温实验 19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、 基本原理金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应金属的电阻表达式为：Rl（1）S当金属电阻丝受到轴向拉力F 作用时，将伸长l ，横截面积相应减小S ，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变，故引起电阻值变化R 对式（ 1）全微分，并用相对变化量来表示，则有：RlS（ 2）RlS式 中 的l为电阻丝的轴向应变，用表示，常用单位l（ 1=1×10 6 mm）若径向应变为r，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用mmr泊松比表示为r r（ ll ），因为SS=2（r r），则（ 2）式可以写成：Rl）（）ll（ 3）Rl（l llk0 l1 21 2式（ 3）为“应变效应”的表达式。

k0 称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见， k0受两个因素影响， 一个是（ 1+ 2），它是材料的几何尺寸变化引起的， 另一个是（，）是材料的电阻率随应变引起的（称“压阻效应”）对于金属材料而言，以前者为主，则 k01 2 ，对半导体， k0值主要是由电阻率相对变化所决定实验也表明，在金属丝拉伸比例极限内， 电阻相对变化与轴向应变成比例通常金属丝的灵敏系数k0 =2 左右用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，根据（ 3）式，可以得到被测对象的应变值 ，而根据应力应变关系E （ 4）式中 σ ——测试的应力；E——材料弹性模量1可以测得应力值 σ 通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器电阻应变片可分为金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片三、需用器件与单元传感器实验箱（二）中应变式传感器实验单元、砝码、智能直流电压表（或虚拟仪表中直流电压表） 、± 15V 电源、± 5V 电源，传感器调理电路挂件。

四、实验内容与步骤1．应变片的安装位置如图（ 1－ 1）所示，应变式传感器已装到应变传感器模块上传感器中各应变片已接入模板的左上方的 R1 、 R2、 R3 、 R4可用万用表进行测量，R1 R2R1=R2=R3=R4=350 ΩR4 R3图 1-1 应变式传感器安装示意图2．接入模板电源 ±15V （从面板上引入） ，检查无误后，合上主控台电源开关，调节Rw 3 使之大致位于中间位置，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，输出端与主控台面板上数显电压表输入端 V i 相连，调节实验模板上调零电位器 Rw4，使数显表显示为零， （数显表的切换开关打到 2V 档）关闭主控台电源 （注意：当 Rw3 的位置一旦确定，就不能改变 ）3．按图 1-2 将应变式传感器的其中一个应变片 R1（即模板左上方的 R1）接入电桥作为一个桥臂与 R5、R6、R7 接成直流电桥，（ R5、R6、R7 模块内已接好） ，接好电桥调零电位器 Rw1 ，接上桥路电源 ±5V ，如图 1-2 所示检查接线无误后，合上主控箱电源开关，调节 Rw1 ，使数显表显示为零4．在砝码盘上放置一只砝码，读取数显表数值，以后每次增加一个砝码并读取相应的数显表值，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所加负载重量值重量 (g)电压 (mv)2图 1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图5． 根据表 1-1 计算系统灵敏度 S U / W （ U 输出电压的变化量， W 重量变化量）和非线性误差 δ f1= m/y FS ×100％ 式中 m （多次测量时为平均值）为输出值与拟合直线的最大偏差： yFS 满量程输出平均值 ,此处为 200g五、实验注意事项1．不要在砝码盘上放置超过 1kg 的物体，否则容易损坏传感器2．电桥的电压为 ±5V ，绝不可错接成 ±15V，否则可能烧毁应变片六、思考题1．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、负应变片均可以七、实验报告要求1．记录实验数据，并绘制出单臂电桥时传感器的特性曲线2．从理论上分析产生非线性误差的原因3实验二 金属箔式应变片——半桥性能实验一、实验目的1．了解半桥的工作原理2．比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点二、基本原理把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＝ EG /2。

式中 E 为电桥供电电压三、需用器件与单元传感器实验箱（二）中应变式传感器实验单元，传感器调理电路挂件中应变式传感器实验模板、砝码、智能直流电压表（或虚拟直流电压表） 、± 15V 电源、± 5V 电源四、实验内容与步骤1．接入模板电源 ±15V （从主控箱引入） ，检查无误后，合上主控台电源开关，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电压表输入端 Vi 相连，调节实验模板上调零电位器 Rw4 ，使数显表显示为零， （数显表的切换开关打到 2V 档）关闭主控箱电源2．根据图 2-1 接线 R1、 R2 为实验模板左上方的应变片，注意 R2 应和 R1 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图 2-1 应变式传感器半桥实验接线图边接入桥路电源 ±5V ，调节电桥调零电位器 Rw1 进行桥路调零，重复实验一中的步骤4、 5，将实验数据记入表 2-1，计算灵敏度 S2 U / W ，非线性误差 f 2 若实验时显示数值不变化说明 R1 与 R2 两应变片受力状态相同则应更换应变片表 2-1 半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量（ g）4电压（ mV）五、实验注意事项1．不要在砝码盘上放置超过 1kg 的物体，否则容易损坏传感器。

2．电桥的电压为 ±5V ，绝不可错接成 ±15V，否则可能烧毁应变片六、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）调零值不是真正为零七、实验报告要求1．记录实验数据，并绘制出单臂电桥时传感器的特性曲线2．分析为什么半桥的输出灵敏度为什么比半桥时高了一倍， 而且非线性误差也得到改善5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原理及优点二、基本原理全桥测量电路中，将受力性质相同的两个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 R1 ＝ R2＝ R3＝ R4 时，其桥路输出电压 U 03＝ 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明显改善三、需用器件和单元传感器实验箱（二）中应变式传感器实验单元，传感器调理电路挂件、砝码、智能直流电压表（或虚拟直流电压表） 、± 15V 电源、± 5V 电源四、实验内容与步骤1．根据 3-1 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）电压（ mV ）图 3-1 应变式传感器全桥实验接线图五、实验注意事项1．不要在砝码盘上放置超过 1kg 的物体，否则容易。