《传感技术》实验指导书.docVIP

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、实验仪器 传感器实验箱（一）、应变片传感器模块、托盘、砝码、数显直流电压表、±15V、±5V电源、万用表。 三、实验原理 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。 图1-1 图1-2 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1-2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=。 四、实验内容与步骤 1．图1-1应变传感器上的各应变片已分别接到实验箱(一)右上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。 2．从实验台上接入±15V直流电源到实验箱“直流电源”插座上，将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R2）接入电桥与R5、R6、R7（已焊在线路板上）构成一个单臂直流电桥，见图1-2，接好调零电位器RW1，接上桥路电源±5V（从控制屏引入），电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，开启实验台电源，在应变片传感器托盘上不加砝码时，调节Rw3大约在中间位置，然后固定Rw3不动，用电压表2V档测量桥路输出，调节Rw1，使桥路输出为零。 3．在应变片传感器托盘上放置一个砝码，读取电压表数值，保持Rw3不变，依次增加砝码和读取相应的电压表值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填入表1-1，关闭实验台电源。 表1-1 重量(g) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 电压(V) 五、实验报告 根据表1－1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δf1=Δm/yF..S ×100％，式中Δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差，yF·S为满量程（200g）输出平均值。 六、注意事项 加在应变传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！ 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、实验仪器 同实验一。 三、实验原理： 不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图2-1。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=Eε/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。 四、实验内容与步骤 1．应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图2-1。 图2-1 2．按图2-1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，接入电桥调零电位器Rw1，直流电源±5V（从实验台接入），电桥输出接到差动放大器的输入端Ui。从实验台上接入±15V直流电源到实验箱“直流电源”插座上。确保无误后，开启实验台电源开关。在应变片传感器托盘上不加砝码时，调节Rw3大约在中间位置，然后固定Rw3不动，用电压表2V档测量桥路输出，调节Rw1，使桥路输出为零。 3．依次增加砝码和读取相应的数显直流电压表值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填入下表，关闭电源。 表2-1 重量(g) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 电压(V) 五、实验报告 根据表2-1的实验资料，计算灵敏度L=ΔU/ΔW，非线性误差δf2 六、思考题 引起半桥测量非线性误差的原因是什么？ 实验七 差动变压器性能实验 一、实验目的 了解差动变压器的工作原理和特性。 二、实验仪器 传感器实验箱（一）、差动变压器模块、测微头、差动变压器、信号源、直流电源、虚拟示波器。