實驗報告實驗名稱金屬箔式應變片單臂電橋性能實驗金屬箔式應變片半橋性能實驗金屬箔式應變片全橋性能實驗電容式傳感器的位移實驗課程名稱傳感器技術 班級學號姓名開課時間2014/2015學年，第1學期實驗一金屬箔式應變片單臂電橋性能實驗實驗目的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。實驗原理電阻絲在外力作用下發生機械變形時，其電阻值發生變化，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為電阻絲的電阻相對變化值，K為應變靈敏系數，ε=ΔL/L為電阻絲長度相對變化。金屬箔式應變片是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應變敏感元件，用它來轉換被測部位的受力大小及狀態，通過電橋原理完成電阻到電壓的比例變化，對單臂電橋而言，電橋輸出電壓，U01=EKε/4。（E為供橋電壓）。需用器件與單元：應變式傳感器實驗模板、應變式傳感器、砝碼（每只約20g）、數顯表、±15V電源數、±5V電源、數字萬用表。四、實驗步驟：1、根據圖1-1，應變式傳感器已裝于應變傳感器模板上。傳感器中各應變片已接入模板左上方的R1、R2、R3、R4標志端。加熱絲也接于模板上，可用萬用表進行測量判別，R1=R2=R3=R4=350Ω，加熱絲阻值約為50Ω左右。圖1-1應變片傳感器安裝示意圖2、實驗模板差動放大器調零，方法為：（1）接入模板電源±15V，檢查無誤后，合上主控臺電源開關，將實驗模板增益調節電位器Rw3順時針調節到大致中間位置；（2）將差放的正、負輸入端與地短接，Vo1輸出端與數顯電壓表輸入端Vi相連，調節實驗模板上調零電位器RW4，使數顯表顯示為零(數顯表的切換開關打到2V檔)，完畢后關閉主控臺電源。3、參考圖1-2接入傳感器，將應變式傳感器的其中一個應變片R1接入電橋作為一個橋臂，它與R5、R6、R7接成直流電橋(R5、R6、R7在模塊內已連接好)，檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關，用數字萬用表測量主控臺到應變式傳感器模塊上的±5V、±15V電壓值是否穩定？若電壓波動值大于10mV，應反復拔插相應的電源連接線，直至電壓穩定，不再波動為止，然后粗調節Rw1，再細調RW4使數顯表顯示為零。4、在傳感器托盤上放置1只砝碼，讀取數顯表顯示值，依次增加砝碼并讀取相應的數顯表數值，記下實驗結果填入表1-1。圖1-2應變片傳感器單臂電橋實驗圖5、根據表1-1計算系統靈敏度S：S=ΔV/ΔW（ΔV為輸出電壓平均變化量，ΔW為重量變化量）；計算非線性誤差：δf=Δm/yFS×100%，其中Δm為輸出電壓值（多次測量為平均值）與擬合直線最大電壓偏差量，yFS為滿量程時電壓輸出平均值，這里YFS取200g時對應的輸出電壓值。五、實驗結果分析與處理：1、記錄數顯表數值如下：重量（g）20406080100120140160180200電壓（mV）16.420.324.728.933.037.341.2由所得數據繪出半橋電橋的傳感器特性曲線如下：擬合直線方程為y=0.2071*x-0.1133由圖可知，曲線起點不是零點，可能沒有做到真正的調零。3、（1）計算系統靈敏度：ΔV=（17-9）+（25-17）++（85-75）/9=（85-9）/9=8.44mVΔW=20gS=ΔV/ΔW=0.422mV/g（2）計算非線性誤差：Δm=（9+17+25+34+42+50+58+66+75+85）/10=46.1mVyFS=85mVδf=Δm/yFS×100%=±0.234%六、思考題單臂電橋時，作為橋臂的電阻應變片應選用：（1）正（受拉）應變片；（2）負（受拉）應變片；（3）正、負應變片都可以。答：正、負應變片都可以，因為正負對單臂電橋的傳感器特性無影響。實驗二金屬箔式應變片半橋性能實驗一、實驗目的比較半橋與單臂電橋的不同性能，并了解其特點。二、基本原理不同方向受力的兩片應變片接入點橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當兩片應變片阻值和應變量相同時，其橋路輸出電壓，比單臂電橋靈敏度提高一倍。三、需用器件與單元應變式傳感器實驗模板、應變式傳感器、砝碼（每只約20g）、數顯表、±15V電源數、±5V電源、數字萬用表。四、實驗步驟1、接入模板電源±15V，檢查無誤后，合上主控臺電源開關，將實驗模板增益調節電位器Rw3順時針調節到大致中間位置；（2）將差放的正、負輸入端與地短接，Vo1輸出端與數顯電壓表輸入端Vi相連，調節實驗模板上調零電位器RW4，使數顯表顯示為零(數顯表的切換開關打到2V檔)，完畢后關閉主控臺電源。2、根據圖2-1接入傳感器，R1、R2為實驗模板左上方的應變片，注意R2應和R1受力相反（一片受拉，一片受壓），接入橋路電源+5V，先粗調節Rw1，再細調RW4使數顯表顯示為零。注意保持增益不變。圖2-1應變片半橋性能實驗接線圖3、在傳感器托盤上放置1只砝碼，讀取數顯表顯示值，依次增加砝碼并讀取相應的數顯表數值，記下實驗結果填入表2-1。五、實驗結果分析與處理1、記錄數顯表數值如下：表2-1：半橋測量時，輸出電壓與負載重量的關系：重量（g）20406080100120140160180200電壓（mV）7.515.623.531.839.748.080.9由所得數據繪出半橋電橋的傳感器特性曲線如下：擬合直線方程為y=0.4052*x-0.5533由圖可知，曲線起點不是零點，可能沒有做到真正的調零。3、（1）計算系統靈敏度：S=ΔV/ΔW=0.4052mV/g（2）計算非線性誤差：當x=200時，取得電壓偏差量最大δf=Δm/yF.S×100%=±0.141%六、思考題1、半橋測量時兩片不同受力狀態的電阻應變片接入點橋時，應放在：（1）對邊？（2）鄰邊的位置？答：應放在鄰邊。2、橋路測量時存在非線性誤差，是因為：（1）電橋原理上存在非線性誤差？（2）應變片應變效應是非線性的？（3）零點漂移？答：因為電橋原理上存在非線性誤差。實驗三金屬箔式應變片全橋性能實驗一、實驗目的了解全橋測量電路的優點。基本原理全橋測量電路中，將受力狀態相同的兩片應變片接入點橋對邊，不同方的應接入鄰邊，應變片初始阻值是R1=R2=R3=R4，當其變化值R1=R2=R3=R4時，橋路輸出電壓UO2=KE，比半橋靈敏度又提高一倍，非線性誤差進一步得到改善。三、需用器件與單元應變式傳感器實驗模板、應變式傳感器、砝碼（每只約20g）、數顯表、±15V電源數、±5V電源、數字萬用表。四、實驗步驟1、接入模板電源±15V，檢查無誤后，合上主控臺電源開關，將實驗模板增益調節電位器Rw3順時針調節到大致中間位置；（2）將差放的正、負輸入端與地短接，Vo1輸出端與數顯電壓表輸入端Vi相連，調節實驗模板上調零電位器RW4，使數顯表顯示為零(數顯表的切換開關打到2V檔)，完畢后關閉主控臺電源。2、根據圖3-1接入傳感器，將R1、R2、R3、R4應變片接成全橋，注意受力狀態不要接錯。接入橋路電源+5V，先粗調節Rw1，再細調RW4使數顯表顯示為零，保持增益不變；逐一加上砝碼，將實驗結果填入表3-1；進行靈敏度和非線性誤差計算。圖3-1應變片全橋性能實驗接線圖五、實驗結果分析與處理1、記錄數顯表數值如下：表3-1：全橋測量時，輸出電壓與負載重量的關系：重量（g）20406080100120140160180200電壓（mV）16.132.549.065.481.898.2114.5130.8147.1163.1由所得數據繪出半橋電橋的傳感器特性曲線如下擬合直線方程為y=0.8171*x-0.06由圖可知，曲線起點不是零點，可能沒有做到真正的調零。3、（1）計算系統靈敏度：S=ΔV/ΔW=0.8171mV/g（2）計算非線性誤差：當x=200時，取得電壓偏差量最大δf=Δm/yF.S×100%=±0.098%六、思考題1、全橋測量中，當兩組對邊（R1、R3）電阻值相同時，即R1=R3，R2=R4,而R1R2時，是否可以組成全橋：（1）可以？（2）不可以？答：可以組成全橋電路。2、圖3-2中，某工程技術人員在進行材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應變片，如何利用這四片電阻應變片組成電橋是否需要外加電阻。圖3-2應變片傳感器受拉時傳感器圓盤面展開圖答：將這兩組應變片按照兩個不同方向貼在棒材上，利用兩組不同的測量值即可組成一個全路電橋，不需要外加電阻。 實驗十四電容式傳感器的位移實驗一、實驗目的：了解電容式傳感器的結構及其特點。二、基本原理：利用平板電容C=εA/d的關系,在ε（介電常數）、A（極板面積）、d（極板距離）三個參數中，保持二個參數不變，而只改變其中一個參數，就可使電容的容量(C)發生變化，通過相應的測量電路，將電容的變化量轉換成相應的電壓量,則可以制成多種電容傳感器，如：①變ε的濕度電容傳感器。②變d的電容式壓力傳感器。③變A的電容式位移傳感器。本實驗采用第③種電容傳感器,是一種圓筒形差動變面積式電容傳感器。三、需用器件與單元：電容傳感器、電容傳感器實驗模板、測微頭、移相/相敏檢波/濾波模板、數顯單元、直流穩壓電源。四、實驗步驟：1、按圖3-1將電容傳感器裝于電容傳感器實驗模板上。2、將電容傳感器連線插入電容傳感器實驗模板，實驗線路見圖4-1。3、將電容傳感器實驗模板的輸出端V01與數顯電壓表Vi相接，電壓表量程置2V檔，Rw調節到中間位置。4、接入±15V電源，將測微頭旋至10mm處，活動桿與傳感器相吸合，調整測微頭的左右位置，使電壓表指示最小，并將測量支架頂部的鏍釘擰緊，旋動測微頭，每間隔0.2mm記下輸出電壓值(V)，填入表4-1。將測微頭回到10mm處，反向旋動測微頭，重復實驗過程。表4-1電容式傳感器位移與輸出電壓的關系X（mm）9.810mm10.210.410.610.8V（mv）-