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传感器与检测技术实验指导书
陈树越,吴志敏,杨小英 编
信息科学与工程学院
2013年5月
目 录
TOC \o 1-1 \h \z \u 实验一 金属箔式应变片——半桥、全桥性能实验 2
实验二 压阻式压力传感器的压力测量实验 6
实验三 热电偶、热电阻特性测试 9
实验四 电涡流传感器特性实验 13
实验一 金属箔式应变片——半桥、全桥性能实验
一、实验目的:
1、了解金属箔式应变片的应变效应。
2、掌握单臂电桥、半桥和全桥的工作原理及线路连接方法。
3、了解单臂电桥、半桥和全桥的不同性能,区分其优缺点。
二、基本原理:
1、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:
式中为电阻丝电阻的相对变化,为应变灵敏系数,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元件,通过它转换被测部位的受力状态变化,电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化,电桥的输出电压反映了相应的受力状态。
2、单臂电桥:输出电压O1。
3、半桥:不同受力方向的两片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。当两片应变片阻值和应变量相同时,其桥路输出电压Uo2=。
4、全桥:全桥测量电路中,将受力性质相同的两应变片接入电桥对边,不同的接入邻边,当应变片初始阻值:R1= R2= R3= R4,其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时,其桥路输出电压Uo3=。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍,非线性误差和温度误差均得到改善。(以防重复,单臂电桥为选做内容,实验方法自己设计。)
应变片 引出线 固定垫圈 固定螺丝 限程螺丝 模块 弹性体
应变片
引出线
固定垫圈
固定螺丝
限程螺丝
模块
弹性体
托盘
加热丝
应变片
图1-1 应变式传感器安装示意图
四、实验步骤:
(一)、半桥实验(差动电桥)
1、图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。可用万用表进行测量判别,R1= R2= R3= R4=350Ω左右。
2、差动放大器调零:接入模块电源±15V、接地(从主控箱引入),将差动放大器的正、负输入端与地短接,输出端Vo2与主控箱面板上的数显表电压输入端Vi相连,检查无误后,合上主控箱电源开关,将实验模块调节增益电位器Rw3调节大致到中间位置,再进行差动放大器调零,方法为调节实验模块上调零电位器Rw4,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。(实验过程中Rw3, Rw4保持不变)
3、电桥调零:R1、R2为实验模块左上方的应变片,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。将应变片R1、R2接入下方的电桥当中,接入桥路电源±4V,检查接线无误后,合上主控箱电源开关,调节电桥调零电位器Rw1进行桥路调零。
4、在电子秤上放置一只砝码(20g),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。记下实验结果填入表1-1,关闭电源。若实验时无数值显示说明R2与R1为相同受力状态应变片,应更换另一个应变片。
接主控箱电源输出
接主控箱电源输出
接主控箱电源输出
接数显表
Vi 地
图1-2 应变式传感器半桥实验接线图
表1-1 半桥输出电压与加负载重量值
重量(g)
电压(mv)
5、根据表1-1画出输出电压与所加砝码重量的关系曲线,观察曲线趋势,得出结论。
6、根据表1-1计算系统灵敏度S,S=(输出电压变化量;重量变化量)。
(二)全桥实验
1、接着上面的半桥实验,电桥调零:将应变片R1、R2、R3、R4接入下方的电桥当中,检查接线无误后,合上主控箱电源开关,调节电桥调零电位器Rw1进行桥路调零。
图1-3全桥实验接线2、根据图1-3接线,实验方法与实验一相同。将实验结果填入表1-2;进行灵敏度计算。
图1-3全桥实验接线
表1-2全桥输出电压与加负载重量值
重量(g)
电压(mv)
3、根据表1-2画出输出电压与所加砝码重量的关系曲线,观察曲线趋势,得出结论。
4、根据表1-2计算系统灵敏度S,S=(输出电压变化量;重量变化量)。
五、思考题:
1、单臂电桥时,作为桥臂电阻应变片应选用:(1)正(受拉)应变片(2)负(受压)应变片(3)正、负应变片均可。
2、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时,应放在:(1)对边(2)邻边。
3、比较半桥、全
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