【2017年整理】东北大学传感器实验报告.doc

PAGE \* MERGEFORMAT2 PAGE \* MERGEFORMAT15 实验一 金属箔式应变片――单臂电桥性能实验 一、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。 二、基本原理：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元件，通过它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，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压 Uo1= EKε/4。 三、需用器件与单元：主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变式传感器实验模板、托盘、砝码、4位数显万用表（自备）。 应变片单臂电桥性能实验安装、接线示意图 实验数据 重量(g) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 电压(mv) 5 10 16 21 25 31 36 41 47 52 4、根据表1计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）和非线性误差δ， 解：S=200/47=4.225 δ=Δm/yFS ×100％=2/200×100％=1％ 四、实验报告数据处理 1．记录实验数据，并绘制出单臂电桥时传感器的特性曲线。 实验误差： 产生非线性误差的原因：电阻变化率△R/R不可能完全成线性增加。 实验二 金属箔式应变片—半桥性能实验 一、实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。 二、基本原理：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。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压UO2＝EKε／2。 图2 应变式传感器半桥接线图 三、需用器件与单元：主机箱、应变式传感器实验模板、托盘、砝码。 画出实验曲线，计算灵敏度S2＝U／W，非线性误差δ。 重量（g） 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 电压（mV） 13 24 33 43 53 64 74 84 94 104 2、由所得数据绘出半桥电桥的传感器特性曲线如下： 3、（1）计算系统灵敏度： ΔV=（24-13）+（43-13）++（104-94）/9=（104-24）/9=8.89mV ΔW=20g S=ΔV/ΔW=0.444mV/g （2）计算非线性误差： Δm =（13+24+33+43+53+64+74+84+94+104）/10=58.6mV yFS=104mV δf =Δm / yFS×100%=56.3% 误差分析：电桥原理上存在非线性误差 实验三 金属箔式应变片—全桥性能实验 一、实验目的：了解全桥测量电路的优点。 二、基本原理：全桥测量电路中，将受力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压U03＝KEε。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。 三、需用器件和单元：主机箱、应变式传感器实验模板、托盘、砝码。 图3—1 全桥性能实验接线图 实验数据 重量(g) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 V（mv） 16 30 46 60 76 90 106 121 136 152 2、由所得数据绘出半桥电桥的传感器特性曲线如下 全桥传感器特性曲线 由图可知，全桥的传感器特性曲线的线性特性良好，电桥输出灵敏度很高。 3、（1）计算系统灵敏度： ΔV=（30-16）+（60-46）++（152-136）/9=（152-30）/9=13.56mV ΔW=20g S=ΔV/ΔW=0.68mV/g （2）计算非线性误差： Δm =（16+30+46+60+76+90+106+121+136+152）/10=83.3mV yFS=152mV δf =Δm / yFS×100%=54.8% 图3－2应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图 误差分析：仪器本身存在系统误差，读数误差。 实验九 差动变压器的性能实验 一、实验目的：了解差动变压器的工作原理和特性。 二、基本原理：差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。当差动变压器随着被测体移动时差动变压器的铁芯也随着轴向位移，从而使初级线圈和次