传感器实验指导书.doc

PAGE 第 页 PAGE \* Arabic 1第 页 PAGE \* Arabic 1 《传感器技术》实验指导书 自 动 化 学 院 教 学 实 验 中 心 年 月 日 实验一 金属电阻应变片特性实验 一、实验目的 了解金属箔式应变片的应变效应，掌握单臂、半桥、全桥三种测量电路的工作原理和性能，并比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。 二、基本原理 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： ΔR／R＝Kε 式中：ΔR／R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数,ε=ΔL/L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受力状态变化。电桥电路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。对单臂电桥输出电压 Uo1= EKε/4。 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＝EKε／2。 全桥测量电路中，将受力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。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U03＝EKε。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。 三、需用器件与单元 主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变式传感器实验模板、托盘、砝码、4位数显万用表。 图1 实验模板说明图 图2 应变片单臂电桥性能实验安装、接线示意图 图3 应变式传感器半桥接线图 图4 全桥性能实验接线图 四、实验步骤 应变传感器实验模板说明： 实验模板中的R1、R2、R3、R4为应变片，没有文字标记的5个电阻符号下面是空的，其中4个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设，图中的粗黑曲线表示连接线。 1、根据图2安装接线。应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中4片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、R2、R3、R4和加热器上。传感器左下角应变片为R1；右下角为R2；右上角为R3；左上角为R4。当传感器托盘支点受压时，R1、R3阻值增加，R2、R4阻值减小，可用四位半数显万用进行测量判别。常态时应变片阻值为350Ω，加热丝电阻值为50Ω左右。