东南大学传感器实验报告测控技术与仪器..doc

《传感器与检测技术》 实验报告 姓 名： 学 号： 院 系：仪器科学与工程学院 专 业： 测控技术与仪器 实 验 室： 机械楼5楼 同组人员： 评定成绩： 审阅教师： 传感器第一次实验 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及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形变时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应。 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，通过它反映被测部位受力状态的变化。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 ，其中K为应变灵敏系数，为电阻丝长度相对变化。 三、实验器材 主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。 四、实验步骤 根据接线示意图安装接线。 放大器输出调零。 电桥调零。 应变片单臂电桥实验。 测得数据如下，并且使用Matlab的cftool工具箱画出实验点的线性拟合曲线： 重量（g） 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 电压（mv） 0 5.2 10.2 15.3 19.6 25 29.6 36.3 41.6 46.5 50.8 拟合值（mv） -0.2 4.9 10.0 15.2 20.3 25.5 30.6 35.7 40.9 46.0 51.2 系统灵敏度 (即直线斜率)，非线性误差= = 五、思考题 单臂电桥工作时，作为桥臂电阻的应变片应选用：（1）正（受拉）应变片；（2）负（受压）应变片；（3）正、负应变片均可以。 答：（3）正、负应变片均可以。因为是单臂工作，所以对工作臂的应变片应该没有正负要求，可以调成工作臂的位置或输出电压接线方向，使电压表测得正电压值。 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。当应变片初始阻值R1=R2=R3=R4、其变化值时，其桥路输出电压。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都得到了改善。 三、实验器材 主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。 四、实验步骤 1.根据接线示意图安装接线。 2.放大器输出调零。 3.电桥调零。 4.应变片全桥实验 数据记录如下表所示，并且使用Matlab的cftool工具箱画出实验点的线性拟合曲线： 重量（g） 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 电压（mv） 0 21.1 42.3 64.1 85.1 106.2 127.7 150 171.3 192.2 212 拟合值（mv） -0.1 21.2 42.6 63.9 85.2 106.5 127.9 149.2 170.5 191.8 213.2 系统灵敏度V/Kg (即直线斜率)，非线性误差δ= = ，可见全桥的灵敏度是单臂电桥的4倍，且非线性度下降。 五、思考题 1.测量中，当两组对边电阻值R相同时，即R1=R3，R2=R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥：（1）可以；（2）不可以。 答：（2）不可以。电桥平衡条件为：R1R3=R2R4。 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，能否利用四组应变片组成电桥，是否需要外加电阻。 答：左图中，2列2行共4个应变片对称分布于测试棒上，检测试件横向拉力，如果已知试件泊松比则可知试件纵向应变。任取一行2个应变片接入电桥一臂作为工作臂，或者接入电桥对臂，选取外加电阻使电桥平衡； 右图中，左边一列应变片检测试件纵向拉力，左边一列检测横向，可以选取左边一列接入电桥一臂，或者接入电桥对臂，选取外加电阻使电桥平衡，根据泊松比算出试件的纵向应变。 3.金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较 比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，根据实验结果和理论分析，阐述原因，得出相应的结论。 答：根据实验结果可知，全桥的灵敏度最高，线性度最好。 理论上，灵敏度： 单臂 ，半桥 ，全桥 。 非线性度：单臂（K为应变