金屬箔式應變片傳感器性能研究-實驗報告
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南昌大學物理實驗報告 課程名稱: 普通物理實驗(3) 實驗名稱: 金屬箔式應變片傳感器性能研究 學院: 專業(yè)班級: 學生姓名: 學號: 實驗地點: 座位號: 實驗時間: 一、 實驗目的: 1.了解金屬箔式應變片的應變效應,掌握單臂電橋工作原理和性能。 2.比較全橋、、半橋與單臂電橋的不同性能、了解其特點。 3.了解全橋測量電路的優(yōu)點及其在工程測試中的實際應用。 二、 實驗儀器: 應變傳感器實驗模塊、托盤、砝碼、、數(shù)顯電壓表、15V和4V電源 三、 實驗原理: 電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時,其電阻值發(fā)生變化,這就是電阻應變效應,描述電阻應變效應的關系式為:ΔR/R=Kε,式中ΔR/R為電阻絲電阻相對變化,K為應變靈敏系數(shù),ε=Δl/l為電阻絲長度相對變化。金屬箔式應變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應變敏感組件,四個金屬箔應變片分別貼在彈性體的上下兩側,彈性體受到壓力發(fā)生形變,應變片隨彈性體形變被拉伸,或被壓縮。通過這些應變片轉換被測部位受力狀態(tài)變化、電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化。 1、單臂電橋實驗如圖1-1所示,R5、R6、R7為固定電阻,與應變片一起構成一個單臂電橋。 其輸出電壓 E為電橋電源電壓,R為固定電阻值,上式表明單臂電橋輸出為非線性,存在著非線性誤差 2、半橋差動電路如圖1-2,不同受力方向的兩只應變片接入電橋作為鄰邊。 圖1-2 電橋輸出靈敏度提高,非線性得到改善,當兩只應變片的阻值相同、應變數(shù)也相同時,半橋的輸出電壓為 U0=EKε2=E2??RR E為電橋電源電壓,上式表明,差動半橋輸出與應變片阻值變化率呈線性關系。 3、全橋測量電路如圖1-3,受力性質相同的兩只應變片接到電橋的對邊,不同的接入鄰邊,當應變片初始值相等,變化量也相等時,其橋路輸出: E為電橋電源電壓,上式表明,全橋輸出靈敏度比半橋又提高了一倍。 四、 實驗內容: 1、單橋性能測試 (1)變傳感器上的各應變片已分別接到應變傳感器模塊左上方的R1、R2、R3、R4上,可用多用表測量判別,R1=R2=R3=R4=350Ω. (2)從主控臺接入15V電源,檢查無誤后,合上主控臺電源開關,將差動放大器的輸入端Ui短接,輸出端U02接數(shù)顯電壓表(選擇2V檔),調節(jié)電位器Rw4,使電壓表顯示為0V,Rw4的位置確定后不能改動。關閉主控臺電源。 (3)將應變式傳感器的其中一個應變電阻(如R1)接入電橋與R5,R6,R7構成一個單臂直流電橋,見圖31-2,接好電橋調零電位器Rw1,直流電源4V,電橋輸出接到差動放大器的輸入端Ui,檢查接線無誤后,合上主控臺電源開關,調節(jié)Rw1,使電壓表顯示為零(不為零亦可)。 (4)在應變傳感器托盤上放置一只砝碼,調節(jié)Rw3,改變差動放大器的增益,使數(shù)顯電壓表顯示2mV,讀取數(shù)顯表數(shù)值,保持Rw3不變,依次增加砝碼并讀取相應的數(shù)顯表值,表格自擬。 2、半橋性能測試 差動放大器調零后,按圖31-3接線。調節(jié)Rw1,使電壓表顯示為零。在應變傳感器托盤上放置一只砝碼,調節(jié)Rw3,改變差動放大器的增益,使數(shù)顯電壓表顯示10mV左右,讀取數(shù)顯表數(shù)值,保持Rw3不變,依次增加砝碼和讀取相應的數(shù)顯表值,直到200g砝碼加完,表格自擬。 3、全橋性能測試 差動放大器調零后,按圖31-4接線,在應變傳感器托盤上放置一只砝碼,調節(jié)Rw3,改變差動放大器的增益,使數(shù)顯電壓表顯示0.020V左右,讀取數(shù)顯表數(shù)值,保持Rw3不變,依次增加砝碼并讀取相應的數(shù)顯表數(shù)值,直到200g砝碼加完。 五、 實驗數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析處理: 表一:單橋性能測試 m/g 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 U/mV 2.0 6.1 10.5 14.8 18.1 22.4 26.5 31.2 36.5 40.9 擬合 U/mV 1.65 5.93 10.21 14.48 18.76 23.04 27.32 31.59 35.87 40.15 ΔU/mV 0.35 0.17 0.29 0.32 0.66 0.64 0.82 0.39 0.63 0.75 計算靈敏度S=ΔUΔW=0.2139V/kg 計算非線性誤差δf1=Δmyfs100%=0.41% 表二:半橋性能測試 m/g 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 U/mV 10.0 18.4 27.2 36.1 44.7 53.4 62.2 70.9 79.7 88.3 擬合 U/mV 9.84 18.56 27.28 36.01 44.73 53.45 62.17 70.90 79.62 88.34 ΔU/mV 0.16 0.16 0.08 0.09 0.03 0.05 0.03 0.00 0.80 0.43 計算系統(tǒng)靈敏度L=ΔUΔW=0.43615V/kg 計算非線性誤差δf1=Δmyfs100%=0.215% 表三:全橋性能測試 m/g 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 U/mV 21.4 42.8 63.7 84.0 104.5 125.1 146.2 166.3 187.7 207.8 擬合 U/mV 21.89 42.57 63.25 83.93 104.6 125.3 146.0 166.7 187.3 208.0 ΔU/mV 0.49 0.23 0.47 0.07 0.11 0.19 0.23 0.35 0.37 0.21 計算靈敏度L=ΔUΔW=1.034V/kg 計算非線性誤差δf1=Δmyfs100%=0.235% 六、思考題: 1、單臂電橋時,作為橋臂電阻應變片應選用:(1)正(受拉)應變片(2)負(受壓)(3)正、負應變片均可以? 答:正、負應變片均可以。當采用負應變片時,得到的電壓是負值。 2、半橋測量時兩個不同受力狀態(tài)的電阻應變片接入電橋時,應放在:(1)對邊;(2)鄰邊。 答:鄰邊。 3、全橋測量中,當兩組對邊(R1、R3為對邊)值R相同時,即R1=R3,R2=R4,而R1≠R2時,是否可以組成全橋:(1)可以(2)不可以。 答:不可以。 4、橋路(差動電橋)測量時存在非線性誤差,是因為:(1)電橋測量原理上存在非線性(2)應變片應變效應是非線性的(3)調零值不是真正為零。 答:電橋測量原理上存在非線性。- 配套講稿:
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- 金屬 應變 傳感器 性能 研究 實驗 報告
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