实验一 金属应变片及其测量电路性能比较.doc

实验一 金属应变片及其测量电路性能比较 注意：实验过程中，对各种旋钮的操作用力要适度，对各种器件的安置和安装要规范、适度，不要做各种破坏性尝试。 由于悬臂梁的额定载荷只有0.5公斤，严禁在托盘上搁置超过200g的重物，严禁用手按压托盘。 一、实验目的 （1）了解金属式应变片的应变效应。 （2）了解和比较应变片单臂、半桥和全桥测量电路的工作原理、性能及特点。 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。 应变片及其测量电路实验原理如图1、图2和图3所示。 图1应变片单臂电桥实验原理图 图2 应变片半桥实验原理图 图3 应变片全桥实验原理图 三、需用器件与单元 主机箱(±2V-±10V步进可调直流稳压电源、±15V直流稳压电源、电压表)、应变式传感器实验模板、托盘、砝码、万用表。 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。 四、实验步骤 1、将托盘安装到传感器上，如图4所示。 图4 传感器托盘安装示意图 2、测量应变片的阻值：当传感器的托盘上无重物时，分别测量应变片R1、R2、R3、和R4的阻值。在传感器的托盘上放置10只砝码后再分别测量R1、R2、R3、和R4的阻值变化，分析应变片的受力情况（受拉的应变片，阻值变大，受压的应变片，阻值变小）。 3、实验模板放大器调零：按图5示意接线。将主机箱上的电压表量程切换开关打到2V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关：调节放大器的增益电位器RW3到合适位置（先顺时针转到底，再逆时针回转1圈），再调节实验模板的调零电位器RW4使主机箱的电压表显示为0（零位调好后RW3电位器旋钮位置不要改动）。关闭主机箱电源。 图5 实验模板放大器调零接线示意图 4、应变片单臂电桥实验：关闭主机箱电源，按图6示意图接线，将主机箱中的±2V-±10V步进可调直流稳压电源调节到±4V档；检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节实验模板上的桥路平衡电位器RW1，使主机箱电压表显示为零；在传感器的托盘上依次增减放置一个20g砝码（尽量靠近托盘中心），读取相应的数显表电压值，记下实验数据填入表1。关闭主机箱电源。 图6 单臂电桥实验接线示意图 表1应变片单臂电桥性能实验数据 重量(g) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 正行程电压 (m V) 反行程电压 (m V) 5、应变片半桥性能实验：按图7示意图接线，其它按步骤4进行，读取相应的数显表电压值，填入表2中。关闭主机箱电源。 图7 半桥实验接线示意图 表2应变片半桥性能实验数据 重量(g) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 正行程电压 (m V) 反行程电压 (m V) 6、应变片全桥性能实验：按图8示意图接线（提示：接线需根据全桥实验原理图并参考半桥接线图自行设计），其它按步骤4进行，读取相应的数显表电压值，填入表3中。关闭主机箱电源。 图8 全桥实验接线示意图（需自行设计） 表3应变片全桥性能实验数据 重量(g) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 正行程电压 (m V) 反行程电压 (m V) 7、全桥电路的标定实验。通过对电路的标定使电路输出的电压值为重量对应值。 （1）按图8全桥性能实验接线示意图接线（即在步骤6的基础上）。 （2）将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器RW3（增益即满量程调节）使数显表显示为0.200V(2V档测量)或－0.200V。 （3）拿去托盘上的所有砝码，调节电位器R W4（零位调节）使数显表显示为0.00V。 （4）重复（2）（3）步骤的标定过程，一直到精确为止，将砝码依次放在托盘上称重；放上笔、钥匙、手机之类的小东西称一下重量。记录实验数据，填入表4。 表4电路标定后的实验数据 重量（g） 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 电压(mv) （5）实验完毕，关闭电源。 （6）根据表1、表2和表3的实验数据画出实验曲线，并计算灵敏度S=ΔV/ΔW（ΔV输出电压变化值，ΔW重量变化值）。根据所得单臂、半桥和全桥电路输出的灵敏度，结合理论进行分析和比较。