实验二 金属电阻应变片与电桥测量电路的特性理..pdf

实验二金属电阻应变片与电桥测量电路的特性一、实验目的1．进一步认识应力、应变和电阻的相对变化的关系2．观察了解应变片的结构和粘贴方式。3．比较各桥路间的输出关系二．实验器材主机箱、应变式传感器实验模板、托盘、砝码三．实验步骤分析重量(g)单臂电桥电压(mv)双臂半桥电压(mv)四臂全桥电压(mv)四．心得体会电阻应变效应:导体、半导体材料在外力作用下发生机械形变，导致其电阻值发生变化的物理现象1.单臂电桥输出电压U=UKε/4。o1i2.半桥测量电路：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U＝UKε／2。O2i3.全桥测量电路：将受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。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U＝UKε。其输出灵敏度比半03i桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。(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：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元件，通过它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，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压U=EKε/4。o1三、需用器件与单元：主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变式传感器实验模板、托盘、1砝码、42位数显万用表（自备）。四、实验步骤：应变传感器实验模板说明：实验模板中的R1、R2、R3、R4为应变片，没有文字标记的5个电阻符号下面是空的，其中4个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设，图中的粗黑曲线表示连接线。1、根据图1〔应变式传感器（电子秤传感器）已装于应变传感器模板上。传感器中4片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、R2、R3、R4和加热器上。传感器左下角应变片为R1；右下角为R2；右上角为R3；左上角为R4。当传感器托盘支点受压时，R1、R3阻值增加，R2、R4阻值减小，可用四位半数显万用进行测量判别。常态时应变片阻值为350Ω，加热丝电阻值为50Ω左右。〕安装接线。图1应变片单臂电桥性能实验安装、接线示意图2、放大器输出调零：将图1实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开，再用导线将两输入端短接(V＝0)；调节放大器的增益电位器R大约到中间位置(先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈)；将主机iW3箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器R，使电W4压表显示为零。3、应变片单臂电桥实验：拆去放大器输入端口的短接线，将暂时脱开的引线复原(见图1接线图)。调节实验模板上的桥路平衡电位器R，使主机箱电压表显示为零；在应变传感器的托盘上放置一只砝码，W1读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g（或500g）砝码加完。记下实验结果填入表1画出实验曲线。表1重量(g)电压(mv)4、根据表1计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）和非线性误差δ，δ=m/y×％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：y满量程输出平ΔFS100ΔFS均值，此处为200g（或500g）。实验完毕，关闭电源。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、负应变片均可以。(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U＝EKε／2。O2三、需用器件与单元：主机箱、应变式传感器实验模板、托盘、砝码。四、实验步骤：1、将托盘安装到应变传感器的托盘支点上。将实验模板差动放大器调零：用导线将实验模板上的±15v、⊥插口与主机箱电源±15v、⊥分别相连，再将实验模板中的放大器的两输入口短接(V＝0)；调节i放大器的增益电位器R大约到中间位置(先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈)；将主机箱电压表的量程W3切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器R，使电压表显示为零。W4图2应变式传感器半桥接线图2、拆去放大器输入端口的短接线，根据图2接线。注意R应和R受力状态相反，即将传感器中两片23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。调节实验模板上的桥路平衡电位器R，使主机箱电压表显