电阻应变片传感器实验.pdf

电阻应变片传感器实验实验目的：1．了解金属箔式应变片的结构及粘贴方式。2．了解单臂直流电桥的工作原理和工作情况。3．比较单臂、半桥、全桥电路的性能。4．了解温度变化对应变测试系统的影响。5．了解交流激励时应变电桥的工作原理和工作情况。实验原理：应变片是最常用的测力传感元件，当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变时，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化，通过测量电路，转换成电信号输出显示。电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂的四个电阻、、、中，电阻的相对变化率分别为△／、R1R2R3R4R1R1△／、△／、△／，当使用一个应变片时∑△R；当二个应变片组成差动状R2R2R3R3R4R4R=/R态工作时，则有∑△R；用四个应变片组成二个差动对工作，且＝＝＝＝时，R=2/RR1R2R3R4R则有∑R=4△R/R。由此可见，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。实验内容1：箔式应变片的性能－单臂电桥实验所需部件：直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、金属箔式应变计、双孔悬臂梁、砝码（20克/个）、数字电压/频率表。图（１）1实验步骤：（１）对差动放大器调零。开启仪器电源，差动放大器增益为100倍（顺时针方向旋到底），“＋”、“－”两输入端用实验线对地短路，输出端接数字电压表2V档，调节“差动调零”电位器使差动放大器输出电压为零，然后关闭仪器电源，拔掉实验线，调零后“差动增益”电位器和“差放调零”电位器的位置不要变化。（２）按图（1）将实验所需部件用实验线连接成测试桥路，桥路中R、R、R、和W为电123D桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R为应变片（可选上、下梁中的任一工作片），直流激励电源为±4V档。（３）确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟，调节电桥“”电位器，使测试系WD统输出电压为零。（４）在双孔悬臂梁称重平台上依次放上砝码，每放置一个砝码记录一次差动放大器输出电压值。砝码P(g)电压V(v)（５）根据表中所测数据计算灵敏度S，S＝△V／△P，并在坐标图上做出V－P关系曲线。注意事项：（１）实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰，接插线插入插孔，以保证接触良好，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。（２）．做单臂电桥实验时，由于应变片的零飘和蠕变现象的客观存在，桥路中的三个精密电阻与应变片的零飘值一致的可能性很小，如果没有采用补偿的话，单臂电桥测试电路是必然会出现输出电压漂移现象，这不是仪器不稳定，而是真实地反映了应变片的特性，但是只要采用半桥或全桥测试电路，系统就会非常稳定，这是因为同一批次的应变片的飘移和蠕变特性相近，接成半桥和全桥形式后根据桥路的加减特性就起到了非常好的补偿作用，这也是应变片在实际应用中无一例外地采用全桥（或半桥）测试电路的原因。（３）稳压电源不要长时间对地短路。实验内容2：单臂、半桥和全桥电路性能的比较实验原理：已知单臂、半桥和全桥电路的∑R分别为△R/R、2△R／R、4△R／R。根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4·E·∑R，电桥灵敏度Ku＝V／△R／R，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度度分别为1/4E、1/2E和E，由此可知，当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。实验所需部件：直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、金属箔式应变计、双孔悬臂梁、砝码（20克/个）、数字电压/频率表。实验步骤：2图（２）图（３）１．在完成实验内容1的基础上，不变动差动放大器的“差动增益”和“差动调零”电位器，按图（）将图（）中的固定电阻换成金属箔式应变计组成半桥电路。21R1２．确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟，调节电桥“”电位器，使测试系统WD输出电压为零。３．在双孔悬臂梁称重平台上依次放上砝码，每放置一个砝码记录一次差动放大器输出电压值。４．按图（）将图（）中的固定电阻、也换成金属箔式应变计组成全桥测试系统。31R2R3５．重复步骤２和３，记录位移——电压值，并填入下表。砝码P(g)半桥V(v)全桥V(v)３．在同一坐标上描出V－P曲线，比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。注意事项：１．应变片接入电桥时注意其受力方向，一定要接成差动形式。２．直流激励电压不能过大，以免造成应变片自热损坏。３．由于进行位移测量时测微头要从零－→正的最大值，又回复到零－→负的最大值，因应变梁的金属滞后特性容易造成零点偏移，因此计算灵敏度时可将正△X的灵敏度与负的△X的灵敏度分开计算。再求平均值，以后实验中凡需过零的实验均可采用此种方法。实验内容3：金属箔式应变片的温度效应实验原理：3温度变化引起应变片阻值发生