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传感器实验报告课案
大学物理实验报告
课程名称: 大学物理实验
实验名称: 传感器实验
学院: 专业班级:
学生姓名: 学号:实验地点: 座位号: 14
实验时间:
一、实验目的:
了解金属箔式应变片的应变效应,单臂电桥的工作原理。验证单臂电桥、半桥、全桥的性能及相互之间的关系
二、实验原理:
(一)金属箔式应变片
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。
应变片就是电阻丝,当应变片随弹性体形变被拉伸,或被压缩时,其R就发生变化
ΔR/R=Kε
可以用电桥来测ΔR
图1-1
(2)电桥来测ΔR
单臂电桥、半桥、全桥是指电桥在组成工作时,一个臂、二个臂、全部四个臂(用金属箔式应变片)的阻值都随被测物理量变化
当桥臂等值设置时,即R1= R2= R3= R4,
电桥平衡,=0
当电阻改变至Rx=R4+(R4时,电桥失去平衡,设非平衡时电流Ig由D流向B,DB间的电压为Ug,则此时
当桥臂等值设置时,即R1= R2= R3= R4,时,
节
1、 单臂电桥
图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= (1-1)
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=。
2、半桥
图3
不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边,如图3。电桥输出灵敏度提高,非线性得到改善,当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时,半桥的输出电压为
Uo=EKε/2 = (2-1)
E为电桥电源电压,式2-1表明,半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。
3、全桥
图4
全桥测量电路中,将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边,不同的接入邻边,如图4,当应变片初始值相等,变化量也相等时,其桥路输出:Uo=KEε (3-1)
E为电桥电源电压,式3-1表明,全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍,非线性误差得到进一步改善。
三、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)。 四、实验内容和步骤:
1.应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上,可用万用表测量判别,R1=R2=R3=R4=350Ω。
2.差动放大器调零。从主控台接入±15V电源,检查无误后,合上主控台电源开关,将差动放大器的输入端Ui短接并与地短接,输出端Uo2接数显电压表(选择2V档)。将电位器Rw3调到增益最大位置(顺时针转到底),调节电位器Rw4使电压表显示为0V。关闭主控台电源。(Rw3、Rw4的位置确定后不能改动)
3.按图2连线,将应变式传感器的其中一个应变电阻(如R1)接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂直流电桥。
4.加托盘后电桥调零。电桥输出接到差动放大器的输入端Ui,检查接线无误后,合上主控台电源开关,预热五分钟,调节Rw1使电压表显示为零。
5.在应变传感器托盘上放置一只砝码,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200g砝码加完,计下实验结果,填入下表1-1
6按图3接线,将受力相反(一片受拉,一片受压)的两只应变片接入电桥的邻边。
7加托盘后电桥调零,参考实验一步骤4。
8在应变传感器托盘上放置一只砝码,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200g砝码加完,计下实验结果,填入下表。
9按图4接线,将受力相反(一片受拉,一片受压)的两对应变片分别接入电桥的邻边。
10加托盘后电桥调零,参考实验一步骤4。
11在应变传感器托盘上放置一只砝码,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200g砝码
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