单臂电桥性能实验报告.docx
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单臂电桥性能实验报告.docx
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单臂电桥性能实验报告
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单臂电桥性能实验报告
篇一:
单臂电桥性能实验报告
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:
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:
?
R/R?
K?
式中?
R/R为电阻丝电阻的相对变化,K为应变灵敏系数,?
?
?
l/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的受力状态变化,电桥的作用是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。
单臂电桥输出电压uo1?
eK?
/4。
三、需用器件与单元:
应变式传感器实验模块、应变式传感器、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表(自备)。
四、实验步骤:
1、根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。
传感器中各应变片已接入模块的左上方的R1、R2、R3、R4。
加热丝也接于模块上,可用万用表进行测量判别,R1=R2=R3=R4=350Ω,加热丝阻值为50Ω左右。
图1-1应变式传感器安装示意图
2、接入模块电源±15V(从主控箱引入),检查无误后,合上主控箱电源开关,将实验模块调节增益电位器Rw3顺时针调节大致到中间位置,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,输出端与主控箱面板上的数显表电压输入端Vi相连,调节实验模块上调零电位器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。
3、将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模块左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7模块内已连接好),接好电桥调零电位器Rw1,接上桥路电源±4V(从主控箱引入)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。
图1-2应变式传感器单臂电桥实验接线图
4、在电子秤上放置一只砝码,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500g(或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加负载重量值
5、根据表1-1计算系统灵敏度s,s=?
u/?
w(?
u输出电压变化量;?
w重量变化量)计算线性误差:
?
f1=?
m/yF?
s×100%,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:
yF?
s满量程输出平均值,此处为500g或200g。
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。
实验二金属箔式应变片——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:
不同受力方向的两片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。
当两片应变片阻值和应变量相同时,其桥路输出电压uo2=eK?
/2。
三、需要器件与单元:
同实验一。
四、实验步骤:
1、传感器安装同实验一。
做实验
(一)2的步骤,实验模块差动放大器调零。
2、根据图1-3接线。
R1、R2为实验模块左上方的应变片,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边。
接入桥路电源±4V,调节电桥调零电位器Rw1进行桥路调零,实验步骤3、4同实验一中4、5的步骤,将实验数据记入表1-2,计算灵敏度s=?
u/?
w,非线性误差?
f2。
若实验时无数值显示说明R2与R1为相同受力状态应变片,应更换另一个应变片。
接主控箱电接数显表
源输出Vi地接主控箱电
源输出
图1-3应变式传感器半桥实验接线图
表1-2半桥测量时,输出电压与加负载重量值
五、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。
篇二:
自动化传感器实验报告一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
广东技术师范学院实验报告
学院:
自动化专业:
自动化姓名:
实验地点:
学号:
实验日期:
班级:
08自动化组
别:
成
绩:
组员:
指导教师签名:
实验一项目名称:
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:
R?
?
l
(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?
式中的?
l为电阻丝的轴向应变,用?
表示,常用单位?
?
(1?
?
=1×10?
6)。
若径向应变为?
r
,电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比?
表示为
?
?
?
?
,因为?
s=2(?
),则
(2)式可以写成:
(?
)?
R?
l?
?
?
?
?
?
l?
l(3)
?
1?
2?
)?
?
(1?
2?
?
?
k0Rl?
?
lll
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
k0?
1?
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。
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
(一)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,应变式传感器已装在传感器实验箱
(一)上,传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4,可用万用表测量R1=R2=R3=R4=350Ω。
R4
R3
R1
R2
图1-1应变式传感器安装示意图
2.把?
15V直流稳压电源接入“传感器调理电路”实验挂箱,检查无误后,开启实验台面板上的直流稳压电源开关,调节Rw3使之大致位于中间位置(Rw3为10圈电位器),再进行差动放大器调零,方法为:
将差动放大器的正、负输入端与地短接,输出端uo2接直流电压表,调节实验模板上调零电位器Rw4,使直流电压表显示为零,关闭直流稳压电源开关。
(注意:
当Rw3的位置一旦确定,就不能改变。
)
图1-2应变式传感器单臂电桥实验接线图
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,合上直流稳压电源开关,调节Rw1,使直流电压表显示为零。
4.在砝码盘上放置一只砝码,待直流电压表数值显示稳定后,读取数显值,以后每次增加一个砝码并读取相应的测量值,直到200g砝码加完,记下实验结果填入表1-1,关闭电源。
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δf1=Δm/yFs×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。
解:
s=200/47=4.225δf1=Δm/yFs×100%=2/200×100%=1%
五、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。
答:
应选用正应变片。
六、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。
答:
产生非线性误差的原因:
电阻变化率△R/R不可能完全成线性增加。
广东技术师范学院预习报告
学院:
自动化专业:
自动化姓名:
实验地点:
学号:
实验日期:
班级:
08自动化组
别:
成
绩:
组员:
指导教师签名:
实验一项目名称:
金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
四、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。
五、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:
R?
?
l
(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?
式中的?
l为电阻丝的轴向应变,用?
表示,常用单位?
?
(1?
?
=1×10?
6)。
若径向应变为?
r
,电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比?
表示为
?
?
?
?
,因为?
s=2(?
),则
(2)式可以写成:
(?
)?
R?
l?
?
?
?
?
?
l?
l(3)
?
1?
2?
)?
?
(1?
2?
?
?
k0Rl?
?
lll
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
k0?
1?
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。
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。
六、需用器件与单元
传感器实验箱
(一)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,应变式传感器已装在传感器实验箱
(一)上,传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4,可用万用表测量R1=R2=R3=R4=350Ω。
R4
R3
R1
R2
图1-1应变式传感器安装示意图
2.把?
15V直流稳压电源接入“传感器调理电路”实验挂箱,检查无误后,开启实验台面板上的直流稳压电源开关,调节Rw3使之大致位于中间位置(Rw3为10圈电位器),再进行差动放大器调零,方法为:
将差动放大器的正、负输入端与地短接,输出端uo2接直流电压表,调节实验模板上调零电位器Rw4,使直流电压表显示为零,关闭直流稳压电源开关。
(注意:
当Rw3的位置一旦确定,就不能改变。
)
图1-2应变式传感器单臂电桥实验接线图
篇三:
实验一金属箔式应变片――单臂电桥性能实验
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、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:
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,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=e?
R/R(1-1)?
1?
R41?
?
2R
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=?
1?
R?
?
100%。
2R
四、实验内容与步骤(略)
五、实验报告
根据表1-1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δf1=Δm/yF..s×100%,式中Δm为输出值(多次测量时为平均值)与拟合直线的最大偏差;yF·s为满量程(200g)输出平均值。
六.数据处理
1.实验数据如下表所示:
表1-1
2.最小二乘法计算如下所示:
3.数据计算结果
(1)由上图可得系统灵敏度:
s=ΔV/Δw=1.243mV/g
(2)由上图可得非线性误差:
Δm=0.527mV(最大的点)yFs=249mV
δf=Δm/yFs×100%=0.21%
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- 电桥 性能 实验 报告
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