《传感器原理及应用》实验指导书汇.doc

《传感器原理及应用》实验指导书 闻福三 郭芸君 编著 电子技术省级实验教学示范中心 实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 实验目的 了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 实验仪器 1、传感器特性综合实验仪 THQC-1型 1台 2、万用表 MY60 1个 实验原理 金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。 金属的电阻表达式为： （1） 当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长，横截面积相应减小，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变，故引起电阻值变化。 用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，可以得到被测对象的应变值ε，而根据应力应变关系 （2） 式中：σ——测试的应力； E——材料弹性模量。 可以测得应力值σ。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。电阻应变片可分为金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片。 四、 实验内容与步骤 1、应变式传感器已装到应变传感器模块上。用万用表测量传感器中各应变片R1、R2、R3、R4，R1=R2=R3=R4=350Ω。 2、将主控箱与模板电源±15V相对应连接，无误后，合上主控箱电源开关，按图1-1顺时针调节Rw2使之中间位置，再进行放大器调零，方法为：将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器Rw3，使数显表显示为零，（数显表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源。（注意：当Rw2的位置一旦确定，就不能改变。） 3、应变式传感器的其中一个应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥，（如四根粗实线），把电桥调零电位器Rw1，电源±5V，此时应将±5V地与±15V地短接（因为不共地）如图1-1所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节Rw1，使数显表显示为零。 4、按表1-1中给出的砝码重量值，读取数显表数值填入表1-1中。 图1-1 应变式传感器单臂电桥实验接线图 表1－1单臂电桥输出电压与所加负载重量值 重量(g) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 电压(mv) 5、根据表1－1计算系统灵敏度（输出电压的变化量，重量变化量）和非线性误差δf1=Δm/yFS ×100％ 式中（多次测量时为平均值）为输出值与拟合直线的最大偏差：yFS 满量程输出平均值,此处为200g. 五、 实验注意事项 1、不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感器。 2、电桥的电压为±5V，绝不可错接成±15V，否则可能烧毁应变片。 六、 实验报告要求 1、记录实验数据，并绘制出单臂电桥时传感器的特性曲线。 2、从理论上分析产生非线性误差的原因。 实验二 金属箔式应变片——半桥、全桥、电子秤实验 一、 实验目的 1、了解半桥及全桥测量电路的原理及优点。 2、比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。 二、 实验仪器 传感器特性综合实验仪 THQC-1型 1台 三、 实验原理 把不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压UO2＝EGε／2。 式中E为电桥供电电压。 实验内容与步骤 1、将主控箱与模板电源±15V相对应连接，检查无误后，合上主控箱电源开关，进行放大器调零，方法为：将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器Rw3，使数显表显示为零，（数显表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源。 2、根据图2-1接线。R1、R2为实验模板左上方的应变片，注意R2应和R1受力状态相反，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。接入桥路电源±5V，调节电桥调零电位器Rw1进行桥路调零，重复实验一中的步骤 4、5。按表2-1中给出的砝码重量值，读取数显表数值填入表2-1中。计算灵敏度，非线性误差。若实验时显示数值不变化说明R1