传感器与检测技术 实验指导书 长春工业大学人文信息学院 电子信息系 bb.doc

　　 　　 　　 传感器与检测技术　　 　　 实验指导书　 　　 　 　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1、应变片的电阻应变效应　　所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。　 2、应变灵敏度??? 它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。3、贴片式应变片应用　　 在贴片式工艺的传感器上普遍应用金属箔式应变片，贴片式半导体应变片（温漂、稳定性、线性度不好而且易损坏）很少应用。一般半导体应变采用N型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直接蒸镀扩散出半导体电阻应变薄膜（扩散出敏感栅），制成扩散型压阻式（压阻效应）传感器。　 本实验以金属箔式应变片为研究对象。　　 4、箔式应变片的基本结构　 金属箔式应变片是在用苯酚、环氧树脂等绝缘材料的基板上，粘贴直径为0.025mm左右　 的金属丝或金属箔制成，如图1—1所示。　　 　 (a) ? ????????????????????????????????????? ?(b) 箔式应变片　 图1—1应变片结构图　　　5、测量电路?? 为了将电阻应变式传感器的电阻变化转换成电压或电流信号，在应用中一般采用电桥电路作为其测量电路。电桥电路具有结构简单、灵敏度高、测量范围宽、线性度好且易实现温度补偿等优点。能较好地满足各种应变测量要求，因此在应变测量中得到了广泛的应用。电桥电路按其工作方式分有单臂、双臂和全桥三种，单臂工作输出信号最小、线性、稳定性较差；双臂输出是单臂的两倍，性能比单臂有所改善；全桥工作时的输出是单臂时的四倍，性能最好。因此，为了得到较大的输出电压信号一般都采用双臂或全桥工作。基本电路如图（a）、（b）、（c）所示。 　 （a）单臂 （b）半桥 （c）全桥　 6、箔式应变片单臂电桥实验原理图　 　 图1—2 应变片单臂电桥性能实验原理图　 　 图1—3 应变片半桥特性实验原理图　　　　 图1—4应变片全桥特性实验接线示意图　　 三、需用器件与单元：主机箱中的±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； 4位数显万用表（自备）。　　 四、实验步骤：　　 1、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、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、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）。　 2、实验模板中的差动放大器调零：按图1—5示意接线，将主机箱上的电压表量程切换　 开关切换到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合适位置(先顺时针轻轻转到底，再逆时针回转1圈)后，再调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。　　 　　　图1—6应变片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)　　　 　　　　　　(mV)　　　 　　　　　　　　　(g)　　 　　　　　　(mV)　 　　　图1—8 应变片全桥性能实验接线示意图　　　(g)　　 　　　　　　(mV)　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　U1为一次绕组激励电压；M1、M2分别为一次绕组与两个二次绕组间的互感：L1、R1分别为一次绕组的电感和有效电阻；L21、L22分别为两个二次绕组的电感；R21、R22分别为两个二次绕组的有效电阻。对于差动变压器，当衔铁处于中间位置时，两个二次绕组互感相同，因而由一次侧激励引起的感应电动势相同。由于两个二次绕组反向串接，所以差动输出电动势为零。当衔铁移向二次绕组L21，这时互感M1大，M2小，因而二次绕组L21内感应电动势大于二次绕组L22内感应电动势，这时差动输出电动势不为零。在传感器的量程内，衔铁位移越大，差动输出电动势就越大。同样道理，当衔铁向二次绕组L22一边移动差动输出电动势仍不为零，但由于移动方向改变，所以输出电动势反相。因此通过差动变压器输出电动势的大小和相位可以知道衔铁位移量的大小和方向。　 　　 图2—1差动变压器的结构示意图 图2—2差动变压器的等效电路图　　　21、E22分别为两个二次绕组的输出感应电动势，E2为差动输出电动势，x表示衔铁偏离中心位置的距离。其中E2的实线表示理想的输出特性，而虚线部分表示实际的输出特性。E0为零点残余电动势，这是由于差动变压器制作上的不对称以及铁心位置等因素所造成的。零点残余电动势的存在，