传感器与检测技术实验
指导教师：xx 实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 (2)
实验二金属箔式应变片-全桥性能实验及电子秤实验..6
实验三电容式传感器的位移特性实验 (10)
实验四PtIOO热电阻测温实验 (13)
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。 基本原理:
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：
R -
（ 1） 当金
S
属电阻丝受到轴向拉力F 作用时，将伸长l ，横截面积相应减小 S ，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 R 。对式（1）全微分，并用相对变化
（2） 式中的:||为电阻丝
的轴向应变，用&表示，常用单位曲（1氏=1X 10厘口%口）。若径向应变为也%， 电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比
■表示为计「=7 （=|
| ），因为S S =2
（占%），贝9（ 2）式可以写成：
式（3）为“应变效应”的表达式。k o 称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，k o 受两个因素影响，一个是（1 + 2」），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是"（二）， 是材料的电阻率P 随应变引起的（称“压阻效应”）。对于金属材料而言，以前者为主， 则k o : 1 - ，对半导体，k o 值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，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。通常金属丝的灵敏系数 k 0
=2左
右。
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，根据（3）式，可以得到被测对象的应变值 ￡，而根据应力应变关系（4）
式中（T ——测试的应力；
量来表示，则有:
兰（12「二匸十日
P
A l l l l
(3)
E——材料弹性模量。
可以测得应力值①。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。
三、需用器件与单元：
应变式传感器实验模板、砝码、数显表、土15V电源、土5V电源、万用表（自备）。
四、实验内容与步骤：
1、应变片的安装位置如图（1 —1）所示，应变式传感器已装到应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R
2、R
3、R4。可用万用表进行测量，R仁
R2=R3=R4=350Q。
图1—1应变式传感器安装示意图
2、接入模板电源± 15V （从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，顺
时针调节Rw2使之大致位于中间位置，再进行差动放大器调零，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、按图1-2将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，（R5 R6 R7模块内已接好），接好电桥调零电位器Rw1接上桥路电源土5V,此时应将土5V地与土15V地短接（因为不共地）
如图1-2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、在砝码盘上放置一只砝码，读取数显表数值，以后每次增加一个砝码并读取相
图1-2应变式传感器单臂电桥实验接线图
重量(g) 正行 0
20
40 60
80
100 120 140 160 180 200
电压(mv) 程1
重量(g) 反行 0
20
40 60
80
100 120 140 160 180 200
电压(mv) 程1
重量(g) 正行 0
20
40 60
80
100 120 140 160 180 200
电压(mv) 程II
重量(g) 反行 0
20
40 60
80
100 120 140 160 180 200
电压(mv)
程II
5、根据表
1— 1计算系统灵敏度、非线性误差端基法或最小二乘法、迟滞误差和重 复性误差。
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、 电桥的电压为土 5V ，绝不可错接成土 15V,否则可能烧毁应变片。
六、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
RWi RW:
R#
K 0-
R
R
■
s lrts
（3）正、负应变片均可以。
七、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-全桥性能实验及电子秤实验
一、实验目的：
了解全桥测量电路的原理及优点。
了解应变直流全桥的应用及电路的标定。
二、基本原理：
半桥测量电路中，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。
全桥测量电路中，将受力性质相同的两个应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：R1 = R2= R3 = R4,其变化值△ R1 =△ R2= A R3= A R4时，其桥路输出电压U o3= KE &。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明显改善。
电子秤实验原理为利用全桥测量原理，通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成为一台原始的电子秤。
三、需用器件和单元：
应变式传感器实验模板、砝码、数显表、土15V电源、土5V电源。
四、实验内容与步骤：
（一）、半桥性能实验
1、接入模板电源± 15V （从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，进行差动放大器调零，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。接入桥路电源土
5V ，调节电桥调零电位器Rw1进行桥路调零，重复实验
中的步骤4、5,将实验数据记入表2-1。若实验时显示数值不变化说明R1与R2两应变片受力状态相同。则应更换应变片
图2-1 应变式传感器半桥实验接线图
表-半桥测量时，输出电压与加负载重量值
重量(g)正行
程020406080100120140160180200
电压(mv)
重量(g)反行
程020406080100120140160180200
电压(mv)
二、全桥性能实验
根据图2-2接线，实验方法与实验一相同，注意保持RW2的位置不动。将实验结果填入表2-2;进行灵敏度和非线性误差计算。
表2 —2全桥输出电压与加负载重量值
重量(g)正行
程020406080100120140160180200
电压(mv)
重量(g)反行
程020406080100120140160180200
电压(mv)
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