应变片传感器实验
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.金属箔式应变片传感器—单臂电桥
实验目的:了解金属箔式应变片、单臂电桥的工作原理和工作情况。
所需单元和部件:直流稳压电源、电桥、差动放大器、砝码、一片应变片、F/V 表、主副电源。
旋钮的初始位置:直流稳压电压打到±2V档,F/V表打到2V档,差动放大器的增益调到最大。
(放大器调零时用)
实验步骤:
(1)观察梁上的应变片,应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。
(2)将差动放大器调零。
(3)按下图所示方式接线。
R1, R2, R3为桥臂的固定电阻,Rx为应变片。
将稳压电源的切换开关置于±4V档,F/V表置于20V档。
开启主副电
源,调节W1使得电桥平衡(即使得F/V表的读数为零),等待数分钟
后将F/V表置于2V档,再调节电桥W1,使得F/V表的读数为零。
(4)将托盘安装在平行梁上,记下此时的电压数值。
然后往托盘上加砝码,每增加一只砝码(△W)记一个电压的读数,记录10个左右的值。
根
据所得结果计算系统的灵敏度S=△V/△W,并作出V-W曲线,分析
单臂电桥测量电路的线性度好坏。
说明:
(1)为确保实验的过程中数值不至于溢出,可先将砝码加至最大重量,如过F/V表的指示溢出,适当减小差动放大器的增益。
(2)将低频振荡器的幅度关至最小,以减小其对直流电桥的影响。
应变片实验报告灵敏引言应变片是一种常用于测试物体受力情况的传感器。
其具有灵敏性能的重要指标是其在不同受力情况下的响应能力。
本实验旨在测试应变片的灵敏性能,并分析实验结果。
实验材料和设备- 应变片- 电源- 数字示波器- 受力装置- 变阻器实验步骤1. 将应变片粘贴在要测试的物体表面,并保证其充分贴合。
2. 连接应变片与电源和数字示波器,确保电路连接良好。
3. 利用受力装置对测试物体施加不同大小的力,记录下力的大小和对应的应变片输出信号。
4. 根据实验需求,对应变片输出信号进行转换和调节,以便与数字示波器适配。
5. 将转换后的信号输入到数字示波器中,记录下实验数据。
数据分析通过实验记录的数据,我们可以对应变片的灵敏性能进行分析。
我们可以将施加的力与应变片输出的电压信号进行对比,以便确定其灵敏度和线性范围。
结果与讨论根据实验记录的数据,我们绘制了应变片的灵敏性能曲线。
曲线上的每个点表示施加不同大小力时应变片的输出电压信号。
通过对曲线进行分析,我们可以得到以下结论:1. 灵敏度:灵敏度是应变片的输出电压和外力之间的关系。
经实验测得,应变片的灵敏度为X mV/N,表明应变片对外力的变化相当敏感。
2. 线性范围:线性范围是指应变片在力作用下输出电压与力的关系保持线性的区间范围。
根据实验数据,我们可以确定应变片的线性范围为X N至Y N之间。
结论本实验通过测试应变片的灵敏性能,得出了应变片的灵敏度和线性范围等重要指标。
这些指标将有助于我们在实际应用中选择合适的应变片,并确保其测量结果的准确性。
参考文献[1] 张三, 李四. 应变片传感器的原理与应用. 科学出版社, 20XX.[2] 王五, 赵六. 传感器技术基础. 电子工业出版社, 20XX.。
48实验七 电阻应变片传感器灵敏度的测量在众多的传感器中,有一大类是通过电阻参数的变化来实现电测非电量目的的,它们统称为电阻式传感器.由于各种电阻材料受被测量(如位移、应变、压力、温度、加速度等)作用转换成电阻参数变化的机理各不相同,因而电阻式传感器的种类多且应用范围广.其中常用的就是利用某些金属或半导体材料制成的电阻应变片传感器,它是一种力敏传感器.【实验目的】1.了解电阻应变片传感器的转换原理;2.掌握电阻应变片直流电桥的工作原理和特性;3.利用电阻应变片直流电桥测量传感器的电压输出灵敏度.【实验原理】1.应变片的转换原理电阻应变片传感器由粘贴了电阻应变敏感元件的弹性元件和变换测量电路组成.被测力学量作用在一定形状的弹性元件上(如悬臂梁等)使之产生变形.这时,粘贴在其上的电阻应变敏感元件将力学量引起的形变转化为自身电阻值的变化,再由变换测量电路将电阻的变化转化为电压变化后输出.工程中使用最多的电阻应变敏感元件是金属箔或半导体电阻应变片. 考查一段园截面的导体(金属丝),图1,设其长为L ,截面积为A (直径为D ),原始电阻为RAL R r= (1)式中,r 为金属丝的电阻率.当金属丝受到轴向力F 而被拉伸(或压缩)产生形变,其电阻值会随之变化.通过对 (1)式两边取对数后再取全微分得:图1 金属丝拉伸后的电阻变化图2 直流电桥原理49rr d A dA L dL R dR +-= (2)式中e =L dL 为材料轴向线应变,且DdDA dA 2=.根据材料力学,在金属丝单向受力状态下,有LdLD dD m -= (3)式中m 为导体材料的泊松比.因此,有rr m d L dL R dR ++=)21( (4)实验发现,金属材料电阻率的相对变化与其体积的相对变化间的关系为V dV c d ×=r r (5)式中,c 为常数(由一定的材料和加工方式决定),e m )21(-=+=AdAL dL V dV .将式(5)代入(4),且当△R <<R 时,可得()()[]e e m m K c RR=-++=D 2121 (6)式中,)21()21(m m -++=c K 为金属丝材料的应变灵敏系数.上式表明,金属材料电阻的相对变化与其线应变成正比.这就是金属材料的应变电阻效应.2.电桥的工作原理和特性 (1)电桥的工作原理 图2是一个直流电桥.A 、C 端接直流电源,称供桥端,U o 称供桥电压;B 、D 端接测量仪器,称输出端úúûùêêëé÷÷øöççèæ+-÷÷øöççèæ+=+=2124330R R R R R R U U U U CD BC BD (7)由式(7)可知,当电桥输出电压为零时电桥处于平衡状态.为保证测量的准确性,在实测之前应使电桥平衡(称为预调平衡).50(2)电桥的加减特性 电桥的四个桥臂都由应变片组成,则工作时各桥臂的电阻状态都将发生变化(电阻拉伸时,阻值增加;电阻压缩时,阻值减小),电桥也将有电压输出.当供桥电压一定且△R i <<R i 时,44332211dR R UdR R U dR R U dR R U dU ¶¶+¶¶+¶¶+¶¶=(8)其中BD U U =.对于全等臂电桥,R 1=R 2=R 3=R 4=R ,各桥臂应变片灵敏系数相同,上式可简化为÷÷øöççèæ-+-=4433221104R dR R dR R dR R dR U dU(9)当△R i <<R 时,此时可用电压输出增量式表示)(4443210443322110e e e e -+-=÷÷øöççèæD -D +D -D =D K U R R R R R R R R U U (10)式(10)为电桥转换原理的一般形式,现讨论如下:(a )当只有一个桥臂接应变片时(称为单臂电桥),桥臂R 1为工作臂,且工作时电阻由R 变为R +△R ,其余各臂为固定电阻R (△R 2=△R 3=△R 4=0),则式(10)变为e K U R R U U 4400=÷øöçèæD =D (11)(b )若两个相邻臂接应变片时(称为双臂电桥,即半桥),(见图3)即桥臂R 1、R 2为工作臂,且工作时有电阻增量△R 1、△R 2,而R 3和R 4臂为固定电阻R (△R 3=△R 4=0).当两桥臂电阻同时拉伸或同时压缩时,则有△R 1=△R 2=△R ,由式(10)可得△U =0.当一桥臂电阻拉伸一桥臂压缩时,则有△R 1=△R ,△R 2=-△R ,由式(10)可得úûùêëé=úûùêëé÷øöçèæD =D e K U R R U U 424200 (12)(c )当四个桥臂全接应变片时(称为全桥),(见图4),R 1=R 2=R 3=R 4=R ,都是工作臂,△R 1=△R 3=△R ,△R 2=△R 4=-△R ,则式(10)变为51úûùêëé=úûùêëé÷øöçèæD =D e K U R R U U 444400(13)此时电桥的输出比单臂工作时提高了四倍,比双臂工作时提高了二倍.(3)电桥的灵敏度电桥的灵敏度S u 是单位电阻变化率所对应的输出电压的大小RRR R R R R R R R U R R U S u D ÷÷øöççèæD -D +D -D =÷øöçèæD D =4433221104(14)令÷øöçèæD ÷÷øöççèæD -D +D -D =R R R R R R R R R R n 44332211 (15)则4U nS u = (16)式中,n 为电桥的工作臂系数.由上式可知,电桥的工作臂系数愈大,则电桥的灵敏度愈高,因此,测量时可利用电桥的加减特性来合理组桥,以增加n 及测量灵敏度.【实验仪器】直流稳压电源±4V ,金属箔式电阻应变片(两两、直流平衡电位器W D ,平行式单臂悬臂梁、测微头、差动放大器直流电源开关、差动放大器和数字电压表.【实验内容】1.金属箔电阻应变片传感器单臂电桥灵敏度测量R 图3 两个相邻臂工作的电桥R 图4 全臂工作的电桥(1)熟悉各部件配置、功能、使用方法、操作注意事项和附录等;(2)开启仪器及放大器电源,放大器输出调零(输入端对地短路,输出端接电压表,增益旋钮顺时针方向轻旋到底,旋转调零旋钮使输出为零.);(3)调零后电位器位置不要变化,并关闭仪器电源;(4)按图5将实验部件用实验线连接成测试单臂桥路.桥路中R2,R3,R4为电桥中固定电阻,W D为直流平衡调节电位器,R1为±4V.将测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上,并调节使应变梁处于基本水平状态;(5)确认接线无误后开启仪器及放大器电源,同时预热数分钟.调整电桥W D电位器,图5使测试系统输出为零;(6)旋动测微头,带动悬臂梁分别作向上和向下的运动,以水平状态下输出电压为零,向上和向下移动各5 mm,测微头每移动0.5 mm记录一个放大器输出电压值,并列表:位移x(mm)电压(V)(7)利用最小二乘法计算单臂电桥电压输出灵敏度S,S = ΔV/Δx,并做出V~x关系曲线.(8)改变应变桥,接成半桥、全桥,照(4)、(5)、(6)和(7)的方法分别测量;(9)比较三种应变桥的灵敏度,并做出定性的结论.【注意事项】1.实验前应检查实验接插线是否完好,连接电路时应尽量使用较短的接插线,以避免引入干扰.2.接插线插入插孔时轻轻地做一小角度的转动,以保证接触良好,拔出时也轻轻地转动一下拔出,切记用力拉扯接插线尾部,以免造成内部导线断裂.3.稳压电源不能对地短路.4.应变片接入电桥时注意其受力方向.要接成差动形式.5.直流激励电压不能过大,以免造成应变片自然损坏.【思考题】拟在等截面的单臂悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片组成的全桥电路,试问:(1)四个应变片怎样粘贴在悬臂梁上?(2)画出相应的电桥电路?52532.右图为一应变片直流电桥,其中U 0 = 4V ,R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = 120 W ,试求:(1)R 1为金属应变片,其余为固定电阻,当R 1增量为△R 1 = 1.2 W 时,电桥输出电压U = ?(2)R 1、R 2为应变片,且批号相同,感受应变的极性和大小都相同,R 3、R 4为固定电阻,问能否进行应变测量?(3)在题(2)中,如R 2 和R 1感受应变的极性相反,且W =D =D 2.121R R .问输出电压? (4)由题(1)~题(3)能否得出什么结论或推论?【附录】应变梁位置和结构(如右图)应变梁位于仪器工作台部分的左边,是一副平行式悬臂梁.平行梁上梁的上表面和下梁的下表面对应地贴有八片应变片,受力工作片分别用符号示.其中六片为金属箔式应变片(BHF-350).横向所贴的两片为温度补偿片,用表示.片上标有“BY ”字样的为半导体式应变片,灵敏系数为130.悬臂梁正视图俯视图箔式工作片补偿片永久磁钢。
应变片实验报告
实验名称:应变片实验
实验目的:通过应变片实验,研究材料在受力过程中的应变情况。
实验原理:
应变片是一种用于测量物体受力时产生的应变的传感器。
其原理基于电阻应变效应,即应变片在受力作用下会发生微小形变,从而改变其电阻值。
通过测量电阻值的变化,可以获知材料的应变情况。
实验仪器和材料:
1. 应变片
2. 电流源
3. 万用表
实验步骤:
1. 将应变片粘贴在需要测量应变的材料表面。
2. 将电流源与应变片相连,调整电流源的输出电流。
3. 使用万用表测量应变片上的电阻值。
4. 在材料上施加不同的受力,记录电阻值随受力变化的情况。
5. 根据电阻值的变化计算应变大小。
实验结果:
根据实验数据记录的电阻值随受力变化的情况,可以得到应变片的应变曲线。
根据应变曲线可以分析材料在受力过程中的应
变行为,如线性弹性应变、屈服应变等。
根据测得的电阻值变化,还可以计算出材料的应变量。
实验结论:
通过应变片实验,可以获知材料在受力过程中的应变情况,并分析材料的力学性能。
应变片作为一种常用的力学测试传感器,具有灵敏度高、测量精度高等优点,在工程领域有着广泛的应用。
电阻应变片压力传感器实验报告电阻应变式传感器&压力传感器实验报告电阻应变式传感器&压力传感器——实验报告院系:管理学院姓名:胡阳学号:PB12214074电阻应变式传感器实验内容1、自己设法确认各传感器的受力是拉伸还是压缩力,并用图示说明。
2、利用所提供的元件连接单臂电桥,桥电压由万用表给出,记下零点电压。
3、依次增加砝码,测量单臂电桥的m~U定标曲线。
有了定标曲线后,就作成了一台简易的电子秤。
提示:电子秤的量程约2公斤,请勿加载过重的物体,以免损坏应变片。
4、测量待测物体的质量。
5、连接全桥电路,重复1~3步。
6、比较电路的灵敏度。
7、实验总结数据处理:1.单臂,全桥的定标线(一)单臂电桥-52.6-52.7U/mV-52.9-53.0-53.1-53.20100200300400500m/gLinear Regression for Data1_B:Y = A + B * XParameter Value Error------------------------------------------------------------A -53.17155 0.00501B 0.00107 1.65553E-5------------------------------------------------------------ R SD N P------------------------------------------------------------ 0.99952 0.00692 6 0.0001(二)全桥:0.0530.0520.051U/V0.0490.0480100200300400500600m/gLinear Regression for Data1_B:Y = A + B * XParameter Value Error------------------------------------------------------------A 0.05271 2.06453E-5B -7.33992E-6 5.71108E-8------------------------------------------------------------R SD N P-------------------------------------------------------------0.99985 3.02908E-5 7 0.0001------------------------------------------------------------2、待测物体质量,比较两种电路灵敏度:单臂电桥:U= -53.17155 +0.00107 * m ; 待测物体电压:-52.57mV代入式子求得待测物体质量:m=562.20g全桥电路:U=0.05271 +(-7.33992E-6)* m;待测物体电压:0.0493V代入式子求得待测物体质量:m=464.58g单臂电桥S1=0.00107(mV/g)全桥电路S2=0.00734(mV/g)可知S3S2S1,即全桥电路的灵敏度高,单臂电桥的灵敏度低。
一、实验目的:了解金属箔式应变片,单臂、半桥、全桥电桥的工作原理。
二、实验原理:电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成,一种利用电阻材料的应变效应工程结构件的内部变形转化为电阻变化的传感器。
此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的形变,然后由电阻应变片将弹性元件的形变转化为电阻的变化,再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或者电流变化信号输出。
它可用于能转化成形变的的各种物理量的检测。
贴片式应变片的应用:在贴片式工艺的传感器上普遍应用金属箔式应变片,贴片半导体应变片很少应用(温漂、稳定性、线性度不好且易损坏),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。
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左右的金属丝或者金属箔制成,如下图所示:金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件。
电阻丝在外力的作用下发生机械形变时,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△R/R=Kε。
式中△R/R为电阻丝电阻的相对变化,K为应变灵敏系数,ε=△L/L为电阻丝长度相对变化。
电桥是完成电阻到电压的比例变化,测取电压值。
(1)单臂电桥: 输出电压U01=EKε/4,输出信号最小,线性、稳定性较差。
(2)半桥:选用不同受力方向的应变片接入电桥作为邻边。
当两片应变片阻值和应变量相同时,其桥路输出电压U02=EKε/2,整体性能比单臂有所改善。
(3)全桥: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,其桥路输出电压U03=KEε。
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。
(4)比较:量程不同,精度不同,选用比较多的是半桥或全桥。
三、使用仪器、材料:可调直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁、测微头、应变片、电压/频率表、主、副电源;准备导线;副电源管下面电路部分。
传感器实验报告传感器实验实验⼀、电阻应变⽚传感器1.实验⽬的(1) 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。
(2) 了解半桥的⼯作原理,⽐较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点(3) 了解全桥测量电路的原理及优点。
(4) 了解应变直流全桥的应⽤及电路的标定。
2.实验数据整理与分析由以上两趋势图可以看出,其中⼀个20.9997R =,另⼀个20.9999R =,两个的线性都较好。
其中产⽣⾮线性的原因主要有:(1)04x R e e R R ?=+?,0e 和R ?并不成严格的线性关系,只有当0R R ?<<才有04x Re e R=,所以理论上并不是绝对线性的,总会出现⼀些⾮线性。
(2)应变⽚与材料的性能有关,这也可能产⽣⾮线性。
(3)实验中外界因素的影响,包括外界温度之类的影响。
为什么半桥的输出灵敏度⽐单臂时⾼出⼀倍,且⾮线性误差也得到改善?答:单臂:04x R e e R ?=半桥:1201()2x R R e e R R ??=-灵敏度公式:U S W=;所以半桥测量时是单臂测量的灵敏度的两倍。
0k 受电阻变化影响变得很⼩改善了⾮线性误差。
3.思考题a .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。
解:邻边 b .桥路(差动电桥)测量时存在⾮线性误差,是因为:(1)电桥测量原理上存在⾮线性(2)应变⽚应变效应是⾮线性的(3)调零值不是真正为零。
解:(1)(2)(3)。
c .全桥测量中,当两组对边(R1、R3为对边)值R 相同时,即R1=R3,R2=R4,⽽R1≠R2时,是否可以组成全桥:(1)可以(2)不可以。
解:(1)d .某⼯程技术⼈员在进⾏材料拉⼒测试时在棒材上贴了两组应变⽚,如何利⽤这四⽚电阻应变⽚组成电桥,是否需要外加电阻。
解:可组成全路电桥实验⼆差动变压器1.实验⽬的(1)了解差动变压器的⼯作原理和特性(2)了解三段式差动变压器的结构(3)了解差动变压零点残余电压组成及其补偿⽅法(4)了解激励频率低差动变压器输出的影响2.实验数据整理与分析实验A中产⽣⾮线性误差的原因:(1)存在零点残余电压(2)零点附近波动较⼤(3)读数时的⼈为误差分析产⽣零点残余电压的原因,对差动变压器的性能有哪些不利影响。
金属箔式应变片传感器特性及应用实验1.掌握金属箔式应变片的工作原理;2.掌握金属箔式应变片调理电路的工作原理;3.掌握电桥电路的工作特性。
1.分析测试电阻应变式称重传感器的电阻变化特性;2.连接传感器物理信号到电信号的转换电路;3.软件记录测传感器特性采样点,并绘制曲线;4.分析总结传感器的静态特性。
1.开放式传感器电路实验主板;2.双孔悬臂梁式称重传感器模块;3.差分放大器模块;4.砝码一套;5.跳线若干;6.万用表;7.一字螺丝刀。
金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感电阻丝。
它能转换被测部位受力状态的变化。
将应变片粘贴于被测物体表面上。
在外力作用时,被测物体表面发生微小的机械形变,应变片敏感栅也随同变形,其电阻值会产生相应变化。
在金属丝拉伸比例极限内,电阻相对变化与轴向应变成比例。
电阻丝在外力作用下发生机械形变时,其电阻值会发生变化,这就是电阻应变效应。
描述电阻应变效应的关系式为:⁄K∙ε=ΔR R⁄为电阻丝电阻相对变化。
式中,ΔR RK为应变灵敏系数,通常金属丝的K为2左右。
ε为电阻丝长度相对变化:ε=ΔL L⁄电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化。
电桥电路的输出电压反映了应变片的受力状态。
在全桥测量电路中,将受力性质相同的两片应变片接入电桥对边,不同的接入邻边。
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U=EK。
实验套件提供了最大量程为600g,应变片电阻阻值1k,贴有4片金属箔式应变片的双孔悬臂梁传感器一只。
传感器共有8条彩色连线,如图1-1左图所示。
上侧贴有两片应变片,下侧贴有两片应变片。
若要连接全桥电路,只需按图1-1右图所示的颜色连线就可以构成。
若需构成半桥或1/4桥,可对应电路,找到相应的桥臂,用对应颜色的连线连接,并切换对应的桥臂电阻开关即可。
图1-1 双孔悬臂梁与连线示意图金属箔式应变片原理图如图1-2所示,利用该原理图可以灵活的组成用于测量应变片的全桥、半桥、1/4桥电路。
实验一应变式传感器一、应变片单臂电桥性能实验〔一〕、实验目的:了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。
〔二〕、基本原理:电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。
一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。
此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形,然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化,再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。
它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测,如力、压力、加速度、力矩、重量等,在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。
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”。
以圆柱形导体为例:设其长为:L、半径为r、材料的电阻率为ρ时,根据电阻的定义式得〔1—1〕当导体因某种原因产生应变时,其长度L、截面积A和电阻率ρ的变化为dL、dA、dρ相应的电阻变化为dR。
对式〔1—1〕全微分得电阻变化率 dR/R为:〔1—2〕式中:dL/L为导体的轴向应变量εL; dr/r为导体的横向应变量εr由材料力学得:εL= - μεr (1—3)式中:μ为材料的泊松比,大多数金属材料的泊松比为左右;负号表示两者的变化方向相反。
将式〔1—3〕代入式〔1—2〕得:〔1—4〕式〔1—4〕说明电阻应变效应主要取决于它的几何应变〔几何效应〕和本身特有的导电性能〔压阻效应〕。
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。
(1)、金属导体的应变灵敏度K:主要取决于其几何效应;可取〔1—5〕其灵敏度系数为:K=金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化,拉伸时电阻增大,压缩时电阻减小,且与其轴向应变成正比。
金属导体的电阻应变灵敏度一般在2左右。
(2)、半导体的应变灵敏度:主要取决于其压阻效应;dR/R<≈dρ⁄ρ。
应变片式电阻传感器实验报告应变片式电阻传感器是一种测量物体表面应变的传感器,广泛应用于工业、军事、医疗等领域。
以下是应变片式电阻传感器实验报告的详细内容:一、实验目的1. 学习应变片式电阻传感器的基本原理和特性。
2. 掌握应变片式电阻传感器的测量方法及操作技巧。
3. 分析不同条件下的实验结果,了解应变片式电阻传感器的适用范围。
二、实验器材与原理实验器材:a. 应变片式电阻传感器b. 电源c. 万用表d. 可调电阻盒e. 电缆及连接线原理:应变片式电阻传感器是利用应变致使电阻值发生变化的原理进行测量。
当应变片受到外力作用后,片上的电阻值会随之改变,通过读取电阻值的变化,可以得到外力的大小。
通常,应变片式电阻传感器会将电阻值变化转换为电压信号输出,进而通过增益电路、滤波电路等处理电路获得精准的测量结果。
三、实验步骤1. 搭建实验电路,将应变片式电阻传感器连接到电源和万用表上,调整电路使电流稳定。
2. 通过可调电阻盒调节电路中的电阻至一定大小,读取电压值并记录。
此时应变片未受到外力作用。
3. 在保持电路参数不变的情况下,给应变片施加一定大小的外力,记录测得的电压值。
4. 根据实验数据计算电阻值及应变量,并绘制电阻随应变变化的曲线图。
5. 将实验数据与理论分析相结合,分析应变片式电阻传感器的特性及适用条件。
四、实验注意事项1. 实验中需要注意电路的接线顺序及稳定性,以确保测量精度。
2. 应严格遵守实验要求,不得超出应变片式电阻传感器的测量范围,避免对设备造成损坏。
3. 在实验过程中应注意安全,谨慎操作,避免发生意外事故。
4. 记录实验数据时,应准确无误地记录每组数据,以保证后续分析的准确性。
五、实验结果及分析通过实验得到的数据,我们可以将电阻值随应变的变化绘制成曲线图。
根据曲线图可以看出,在应变范围内,电阻值与应变量成线性关系。
而在超过一定应变量后,电阻值的增大速度会明显降低,表明应变片失去了线性响应。
学生实验报告
实验报告注意事项
1. 课前必须认真预习实验,认真书写预习报告,了解实验步骤,未预习或预习
达不到要求的学生不准参加实验;
2. 实验完毕,必须将结果交实验指导教师进行检查,并将计算机正常关机、将
仪器设备、用具及椅子等整理好,方可离开实验室;
3. 按照实验要求书写实验报告,条理清晰,数据准确;
4. 当实验报告写错后,不能撕毁,请在相连的实验报告纸上重写;
5.实验报告严禁抄袭,如发现抄袭实验报告的情况,则抄袭者与被抄袭者该次
实验以0分计;
6. 无故缺实验者,按学院学籍管理制度进行处理;
7. 课程结束后实验报告册上交实验指导教师,并进行考核与存档。
实验项目( 1 ) —预习报告
项目
名称
应变片传感器实验
实验目的及要求实验目的及要求:
1.了解金属箔式应变片单臂电桥的工作原理和工作状况,要求计算系统灵敏度S=ΔU/ΔW。
2.比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点,要求计算系统灵敏度S=ΔU/ΔW。
3. 了解全桥测量电路的优点, 了解全桥测量电路的优点
4. 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。
实验内容及原理实验内容及原理
1. (实验一)单臂电桥性能实验
将电源模块上直流稳压源部分的+5V、-5V输出孔接至1号应变片模块的+5V、-5V孔。
将14号模块接入±15V电源(从电源模块接入),检查无误后,合上实验台电源开关,实验模块±15V指示灯应亮.否则断开电源。
1号模块的+VIN、-VIN分别和14模块的VIN+、VIN-相连,14号模块的 VO2、GND分别与电源模块数显表的V+、GND相连(数显表打在2V档)。
W3和W4为增益调节旋钮,W5和W6为调零旋钮,调节电位器W5和W6,使数显表显示为零(若调不到零,请微量调节W3、W4),W3、W4、W5、W6的位置一旦确定,就不能改变。
一直到做完实验为止。
具体连线见图1-1。
在秤盘上放一只50g砝码,读取数显表数值,按表1-1依次增加砝码,读取相应的值,直到200g砝码加完。
记下实验结果填入表1-1,关闭电源。
原理:金属箔式应变片传感器是利用金属丝在外力作用下产生应变效应的原理制成的一种传感器。
我们知道电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值会发生变化,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(Δι/ι)为电阻丝长度相对变化量,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的变化、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.(实验二)半桥性能实验
实验步骤同单臂电桥实验(应变片为受力状态不同的两只,内部已连好),K1、K2、K3、的状态分别为ON、ON、OFF。
原理:不同受力方向的两只应变片如图1 -1中R1和R2或R3和R4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U02=EK ε/2。
3.(实验三)全桥性能实验
实验步骤同单臂电桥实验,K1、K2、K3的状态分别为ON、OFF、OFF。
原理: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,不同的接入邻边当作应变片初始阻值:R1=R2=R3=R4,其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时,其桥路输出电压U03=KE ε。
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。
4.(实验四)金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较
根据实验一、二、三中所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度,从理论上进行
分析比较。
预习过程中的疑问应变片传感器件原理是什么?
什么是电阻应变效应?
电桥的作用是什么?
实验项目( 1 ) —实验报告
项目
名称
应变片传感器实验指导教师
实验室A3-303 实验日期2015.4.28
分组
情况
成绩
实验步骤(算法、1、将电源模块上直流稳压源部分的+5V、-5V输出孔接至1号应变片模块的+5V、-5V孔。
2、将14号模块接入±15V电源(从电源模块接入),检查无误后,合上实验台电源开关,实
代码、方法)给出流程图验模块±15V指示灯应亮.否则断开电源。
3、1号模块的+VIN、-VIN分别和14模块的VIN+、VIN-相连,14号模块的 VO2、GND分别与电源模块数显表的V+、GND相连(数显表打在2V档)。
W3和W4为增益调节旋钮,W5和W6为调零旋钮,调节电位器W5和W6,使数显表显示为零(若调不到零,请微量调节W3、W4),W3、W
4、W
5、W6的位置一旦确定,就不能改变。
一直到做完实验为止。
具体连线见图1-1。
4、在秤盘上放一只50g砝码,读取数显表数值,按表1-1依次增加砝码,读取相应的值,直到200g砝码加完。
5.分别调整K1、K2、K3、的状态来完成实验2,3,4.
实验结果(结论及分析)(实验一)单臂电桥性能实验
重量(g)50 100 150 200
电压(mv) 1 2 3 5
S=ΔU/ΔW=0.02
(实验二)半桥性能实验
重量(g)50 100 150 200
电压(mv) 2 5 8 11
S2=ΔU/ΔW=0.06
(实验三)全桥性能实验
重量(g)50 100 150 200
电压(mv) 6 12 18 24
S=ΔU/ΔW=0.12
(实验四)金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验一是非线性,实验二和三是线性。