传感器实验报告.doc

大学物理实验报告 课程名称： 大学物理实验 实验名称： 传感器实验 学院： 专业班级： 学生姓名： 学号：实验地点： 座位号： 14 实验时间： 一、实验目的： 了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥的工作原理。验证单臂电桥、半桥、全桥的性能及相互之间的关系 二、实验原理： （一）金属箔式应变片 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组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。 应变片就是电阻丝，当应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩时，其R就发生变化 ΔR/R=Kε 可以用电桥来测ΔR 图1-1 （２）电桥来测ΔR 单臂电桥、半桥、全桥是指电桥在组成工作时，一个臂、二个臂、全部四个臂（用金属箔式应变片）的阻值都随被测物理量变化 当桥臂等值设置时，即R1= R2= R3= R4， 电桥平衡，＝０ 当电阻改变至Rx=R4+(R4时，电桥失去平衡，设非平衡时电流Ig由D流向B，DB间的电压为Ug，则此时 当桥臂等值设置时，即R1= R2= R3= R4，时, 节 １、 单臂电桥 图2 通过这些应变片转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图2所示R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压 Uo= （1-1） E为电桥电源电压，R为固定电阻值，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=。 ２、半桥 图3 不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图3。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为 Uo=EKε/2 = （2-1） E为电桥电源电压，式2-1表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。 ３、全桥 图4 全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图4，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出：Uo=KEε （3-1） E为电桥电源电压，式3-1表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。 三、实验仪器： 应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表（自备）。 四、实验内容和步骤： 1．应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。 2．差动放大器调零。从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接并与地短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档）。将电位器Rw3调到增益最大位置（顺时针转到底），调节电位器Rw4使电压表显示为0V。关闭主控台电源。（Rw3、Rw4的位置确定后不能改动） 3．按图2连线，将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂直流电桥。 4．加托盘后电桥调零。电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，预热五分钟，调节Rw1使电压表显示为零。 5．在应变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入下表1-1 ６按图3接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边。 ７加托盘后电桥调零，参考实验一步骤4。 ８在应变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入下表。 ９按图4接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两对应变片分别接入电桥的邻边。 １０加托盘后电桥调零，参考实验一步骤4。 １１在应变传感器托