01箔式应变片与半导体应变片的性能.doc

深 圳 大 学 实 验 报 告 课程名称： 生物医学传感器及应用 实验项目名称： 箔式应变片和半导体应变片的性能 学院： 医学院 专业： 生物医学工程 指导教师： 张新宇 报告人：邓泽琳 学号：2009222038 班级： 生医02 实验时间： 2011-3-28 实验报告提交时间： 2011-4-2 教务部制 实验目的： 了解箔式应变片的结构及粘贴方式 测试应变梁变形的应变输出。 掌握应变片的静态特性。 比较应变片三种桥路性能。 实验所需部件： 直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、双孔悬臂梁、称重砝码、电压表、加热器、温度计（可用仪器中的P－N结温度传感器或热电偶作测温参考）。 实验原理及相关电路原理图： 应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出。 任何实际应变片的输入与输出关系都不会完全符合所要求的线性或非线性关系。衡量应变片静态特性的重要指标包括线性度、迟滞、重复性、精度、灵敏度、分辨率和漂移等。可由实验测得数据分别求出以上指标。 在实验过程中，电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种。当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为△R1／R1、△R2／R2、△R3／R3、△R4／R4。当使用一个应变片时（即单臂电路），有R1＝R2＝R3＝R4＝R，；当两个应变片组成差动状态工作时（即差动式半桥电路），则有；用四个应变片组成两个差动对工作时（即差动式全桥电路），。 根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压V近似等于1/4·E·∑R（E为直流电源），电桥灵敏度Ku＝V／△R／R，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度度分别为1/4E、1/2E和E。由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。 实验主要步骤（简述）： ① 调零。 ② 单臂电桥的连接。按图1-1将实验部件用实验线连接成单臂测试桥路。 ④依次放上砝码（每个砝码20克），记录一个差动放大器输出电压值。 ⑤ 半桥方式连接。 ⑥ 全桥方式连接。 ⑦ 半导体应变片的单臂电桥和半桥方式。用半导体应变片替换箔式应变片，重复②—④步。 半桥 全桥 实验数据的记录和分析： 桥路结构 砝码 g 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 箔式 单臂 电压V （加砝码） 电压V （减砝码） 箔式 半桥 电压V （加砝码） 电压V （减砝码） 箔式 全桥 电压V （加砝码） 电压V （减砝码） 半导体 单臂 电压V （加砝码） 电压V （减砝码） 半导体 半桥 电压V （加砝码） 电压V （减砝码） 根据表1-1中所测数据并在同一坐标图上画出V－X关系曲线（箔式应变片和半导体应变片各一幅图），计算每一种测量方式的灵敏度S，S＝△V／△X，比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。 2 通过比较正行程和反行程的测量结果，观察迟滞现象。 实验结论： 思考题： 1. 什么是应变效应？什么是压阻效应？利用应变效应和压阻效应解释箔式应变片和半导体应变片的工作原理。 2. 箔式应变片的单臂、半桥和全桥电路的灵敏度与理论上求得的灵敏度是否相符？分析其产生误差的可能原因？ 3. 本实验对直流电源和差动放大器有什么要求？ 图1-2 单臂电路接线图 指导教师批阅意见： 成绩评定： 指导教师签字： 年 月 日 备注： 注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。 2、教