实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验.pdf

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：lR（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：RlS（2）RlSl式中的l为电阻丝的轴向应变，用表示，常用单位106mmr（1=1×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r（l）Sr泊松比表示为rl，因为S=2（r），则（2）式可以写成：Rlll（12）（12）k（3）Rllll0l式（3）为“应变效应”的表达式。k称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，k00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k12，对半导体，k值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，在金属00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k=2左右。0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=R2=R3=R4=350Ω。R1R2R4R3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Rw3与地短接，输出端与主控台面板上数显电压表输入端相连，调节实验模板上调零电位Vi器，使数显表显示为零，（数显表的切换开关打到档）。关闭主控台电源。（注意：Rw42V当的位置一旦确定，就不能改变。）Rw33．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δΔ×％式中m（多次测量时为平均值）f1=m/yFS100为输出值与拟合直线的最大偏差：满量程输出平均值此处为。yFS,200g五、实验注意事项1．不