课内实验讲义传感器

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1、实验一电阻应变片式传感器一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥，半桥和全桥的工作原理和性能。二、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表（自备）。三、实验原理：1、单臂电桥：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组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，

2、或被压缩。图1-1图1-2通过这些应变片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，如图1-2所示R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压Uo=（1-1）E为电桥电源电压，R为固定电阻值，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=。2、半桥不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图1-3。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为Uo=EKε/2=（1-2）E为电桥电源电压，式1-2表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。图1-33、全桥全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接

3、到电桥的对边，不同的接入邻边，如图1-4，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出：Uo=KEε（1-3）E为电桥电源电压，式1-3表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。图1-4四、实验内容与步骤1、单臂电桥1）图1-1应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。2）从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档），调节电位器Rw4，使电压表显示为0V。Rw4的位置确定后不能改动。关闭主控台电

4、源。3）将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂直流电桥，见图1-2，接好电桥调零电位器Rw1，直流电源±4V（从主控台接入），电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw1,使电压表显示为零。4）在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw3，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示2mV，读取数显表数值，保持Rw3不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入下表1-1，关闭电源。表1－1重量(g)电压(mV)2、半桥1）应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。2）差动

5、放大器调零。从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档），调节电位器Rw4，使电压表显示为0V。Rw4的位置确定后不能改动。关闭主控台电源。3）按图1-3接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边，接入电桥调零电位器Rw1，直流电源±4V（从主控台接入），电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw1,使电压表显示为零。4）在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw3，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示10mV左右，读取数显表数值，保持Rw3不变，依次

6、增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入下表，关闭电源。表1-2重量(g)电压(mV)3、全桥1）应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。2）差动放大器调零。从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档），调节电位器Rw4，使电压表显示为0V。Rw4的位置确定后不能改动。关闭主控台电源。3）按图1-3接线，将受力相反(一片受拉，一片受压)的两只应变片接入电桥的邻边，接入电桥调零电位器Rw1，直流电源±4V(从主控台接入)，电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无

7、误后，合上主控台电源开关，调节Rw1，使电压表显示为零。4）在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw3，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示0.020V左右，读取数显表数值，保持Rw3不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入下表1-3，关闭电源。表1-3重量(g)电压(mV)五、实验报告根据各表中的数据，计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量