电阻应变式传感器灵敏度特性研究0.docVIP

实 验 报 告 系别：安全科学与工程系 姓名：黄杨阳 学号：P实验题目：电阻应变式传感器灵敏度特性的研究 实验目的：了解电阻应变式传感器的基本原理、结构、基本特性和使用方法；研究比较电阻应变式传感器配合不同的转换和测量电路的灵敏度的特性，从而掌握电阻应变式传感器的使用方法和使用要求；通过称重实验学习电子秤的原理并能设计简单的电子秤。 实验仪器：传感器组合装置。具备平行梁结构，梁上粘贴有四片应变片，梁的上、下两面各粘两片应变片。 实验原理： 1.物理基础 传感器构成 敏感元件：是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分 转换元件：是指传感器中能将敏感元件感受或响应到的量转换成电信号。 电阻式传感器的种类很多，应用范围也很广，可测量温度、应变、重量等 2.（金属材料电阻应变式）敏感元件的结构 上图中的1是敏感栅，它用厚度为0.003～0.101mm的金属箔栅状或用金属线制作。 3.（电阻应变式传感器）原理 敏感元件（弹性元件）+变换测量电路 ? 如下图： 4. 转换电路 金属箔电阻应变片贴牢在悬臂梁上下表面，悬臂梁远端加砝码使它弯曲，上表面受到拉伸，下表面受到压缩。所以上表面电阻阻值变大，下表面电阻阻值变小。分别将一个、两个或四个电阻应变片与固定电阻组成电桥（所谓单臂、半桥或全桥），以电压表为平衡检测器。未加砝码时，调节电桥平衡，输出电压为零。随着负载增加，电桥不平衡性加大，电压表读数越大。做V-W图，是线性关系。对应三种情况，分别求出电桥灵敏度（单位质量变化引起电压的变化ΔV/ΔW）。 使用的电桥电路有 单臂电桥：R1为应变片 半桥电路：R1R2为应变片 全桥电路：R1R2R3R4为应变片 当电桥平衡时 a.单臂电桥 当R1变化时， 此法有非线性误差。 当R1=R2，R3=R4时 ，U/4 b.?半桥电路 当R1R2变化时， 成线性关系。 当R1=R2=R3=R4时 ，U/2 c.全桥电路 当R1R2R3R4变化时， 灵敏度最高。 当R1=R2=R3=R4时 ，U 对于交流 ，若Z1=Z2及Z3=Z4 ，则有U/4。 交流平衡既要保证相对两臂复阻抗模之积相同，也要使得幅角之和也相等。 实验内容： 1.按下图将金属箔式应变片电阻接成单臂电桥电路，测量灵敏度。 图 （一） 2.按下图将金属箔式应变片电阻接成半桥电桥电路，测量灵敏度。 图（二） 3.按下图将金属箔式应变片电阻接成全桥电桥电路，测量灵敏度。 图（三） 4.比较以上三种电路的灵敏度之间的关系。 实验步骤及数据处理： 检查导线有无断路。 对差动放大器进行调零。 按图（一）所示接好单臂电桥电路，接通主、副电源。 调节WD使电路平衡（输出电压U0=0）。 在托盘上逐次增加一个砝码，并记下每次输出电压的读数，直到砝码全部加完。 在托盘上逐次减少一个砝码，并记下每次输出电压的读数，直到砝码全部减完。 拆掉接线，按图（二）连成半桥电路，重复4、5、6步操作. 拆掉接线，按图（三）连成全桥电路，重复4、5、6步操作. 作V-W关系曲线，计算三种电路的灵敏度S，并比较。 单臂电桥： 所测数据如下表格 砝码个数 0 1 2 3 4 5 砝码质量/g 0 20 40 60 80 100 加砝码对应的电压/V 0.000 0.011 0.022 0.033 0.045 0.056 减砝码对应的电压/V -0.003 0.008 0.020 0.032 0.043 0.055 砝码个数 6 7 8 9 10 砝码质量/g 120 140 160 180 200 加砝码对应的电压/V 0.068 0.079 0.091 0.102 0.114 减砝码对应的电压/V 0.067 0.079 0.090 0.102 （2）作输出电压V与加载重物W的关系曲线为: （3）利用最小二乘法计算直线的斜率S及其误差。. 设直线的斜率为m，截距为b，由 联立得： 其中 , 相关系数,其中。 斜率m的标准差，截距b的标准差为。 代入算得： =；。 因此可得单臂电桥电路的灵敏度为。 半桥电桥： （