实验一金属箔式应变片实验报告.docx
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实验一金属箔式应变片实验报告.docx
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实验一金属箔式应变片实验报告
实验一-金属箔式应变片实验报告
成绩:
预习审核:
评阅签名:
厦门大学嘉庚学院传感器
实验报告
实验项目:
实验一、二、三金属箔式应变片
——单臂、半桥、全桥
实验台号:
专业:
物联网工程
年级:
2014级
班级:
1班
学生学号:
ITT4004
学生姓名:
黄曾斌
实验时间:
2016年5月20日
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
金属电阻丝在未受力时,原始电阻值为R=ρL/S。
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:
式中
为电阻丝电阻的相对变化,
为应变灵敏系数,
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。
输出电压:
1.单臂工作:
电桥中只有一个臂接入被测量,其它三个臂采用固定电阻;输出
O1
。
2.双臂工作:
如果电桥两个臂接入被测量,另两个为固定电阻就称为双臂工作电桥,又称为半桥形式;半桥电压输出
O2
。
3.全桥方式:
如果四个桥臂都接入被测量则称为全桥形式。
全桥电压输出
O3
。
三.需用器件与单元
CGQ-001实验模块、CGQ-013实验模块、应变式传感器、砝码、电压表、±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BF1、BF2、BF3、BF4。
加热丝也接于模块上,可用万用表进行测量判别,RBF1=RBF2=RBF3=RBF4=350Ω,加热丝阻值为50Ω左右。
2.差放调零
3.电桥调零
4.在电子秤上放置一只砝码,读取电压表数值,依次增加砝码和读取相应的电压表值,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加负载重量值
重量(g)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压(mv)
0
1.5
3.0
4.5
6.0
7.5
9.0
10.8
12.5
14
15.5
回程测量电压(mv)
5.根据表1-1计算系统灵敏度S,S=
(
输出电压变化量;
重量变化量)计算线性误差:
f1=
F•S×100%,式中
为输出值(多次测量时为平均值)与拟合直线的最大偏差:
F•S满量程输出平均值,此处为200g测量出的电压。
由所得数据绘出单臂电桥的传感器特性曲线如下
(mv)
(g)
(1)计算系统灵敏度
Δu=1.5mV
ΔW=20g
S=Δu/ΔW=0.075mV/g
(2)计算非线性误差:
Δm =(0+1.5+3.0+4.5+6.0+7.5+9.0+10.8+12.5+14+15.5)/11=7.67mV
yFS=15.5mV
δf1 =Δm/yFS×100%=49.5%
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。
答:
正、负应变片都可以,因为正负对单臂电桥的传感器特性无影响。
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=
。
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(注意:
同时做实验一、二、三时,实验一调节差动放大器为零后,后面实验二、三不再调节差动放大器)。
2.根据图2-1接线。
BF1、BF2为CGQ-013实验模块左上方的应变片,注意BF2和BF1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2-1,计算灵敏度S=
,非线性误差
f2。
表2-1半桥测量时,输出电压与加负载重量值
重量(g)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压(mv)
0
3.0
6.0
9.0
12.0
15.0
18.0
21.0
24.0
27.0
30.0
回程测量电压(mv)
由所得数据绘出半桥电桥的传感器特性曲线如下:
(mv)
(g)
(1)计算系统灵敏度:
Δu=3mV
ΔW=20g
S=Δu/ΔW=0.15mV/g
(2)计算非线性误差:
Δm=(0+3.0+6.0+9,0+12.0+15.0+18.0+21.0+24.0+27.0+30.0)/11=15mV
yFS=30mV
δf2 =Δm / yFS×100%=50%
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。
答:
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。
答:
电桥测量原理上存在非线性
实验三金属箔式应变片——全桥性能实验
一.实验目的
了解全桥测量电路的优点。
二.基本原理
全桥测量电路中,将受力性质相同的两应变片接入电桥对边,不同的接入邻边,当应变片初始阻值:
RBF1=RBF2=RBF3=RBF4,其变化值ΔRBF1=ΔRBF2=ΔRBF3=ΔRBF4时,其桥路输出电压Uo3=
。
其输出灵敏度比半桥又提高了一倍,非线性误差和温度误差均得到改善。
三.需用器件和单元
同实验一。
四.实验步骤
1.传感器安装同实验一。
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。
2.根据图3-2接线,实验方法与实验二相同。
将实验结果填入表3-1;进行灵敏度和非线性误差计算。
表3-1全桥输出电压与加负载重量值
重量(g)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压(mv)
0
6.0
12.0
18.1
24.1
30.0
36.0
42.0
48.1
54.1
60.0
回程测量电压(mv)
由所得数据绘出全桥电桥的传感器特性曲线如下:
(mv)
(g)
(1)计算系统灵敏度:
Δu=6mV
ΔW=20g
S=Δu/ΔW=0.3mV/g
(2)计算非线性误差:
Δm=(0+6.0+12.0+18,1+24.1+30.0+36.0+42.0+48.1+54.1.0+60.0.0)/11=30.04mV
yFS=60mV
δf2 =Δm / yFS×100%=50%
五.思考题
1.全桥测量中,当两组对边(BF1、BF3为对边)电阻值R相同时,即RBF1=RBF3,RBF2=RBF4,而RBF1≠RBF2时,是否可以组成全桥:
(1)可以
(2)不可以。
答:
可以组成全桥电路。
R1
R2
R3
R4
F
F
R1
R2
R3
R4
F
F
图3-1应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图
2.某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片,如何利用这四片电阻应变片组成电桥,是否需要外加电阻?
答:
将这两组应变片按照两个不同方向贴在棒材上,利用两组不同的测量值即可组成一
个全路电桥,不需要外加电阻。
实验四金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较
一.实验目的
比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度,得出相应的结论。
答:
全桥是半桥的两倍,半桥是单臂的两倍,也就是说,灵敏度:
全=2*半=4*单。
二.实验步骤
根据实验一、二、三所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度,从理论上进行分析比较。
阐述理由(注意:
实验一、二、三中的放大器增益必须相同)。
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