传感与检测技术实训总结.doc

传感与检测技术实训总结 《传感器与检测技术》 实验报告 姓 名： 学 号： 院 系：仪器科学与工程学院 专 业： 测控技术与仪器 实 验 室： 机械楼5楼 同组人员： 评定成绩： 审阅教师： 传感器第一次实验 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及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形变时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应。 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，通过它反映被测部位受力状态的变化。电桥的作用是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。单臂电桥输出电压 Uo1?EK?/4，其中K为应变灵敏系数，???L/L为电阻丝长度相对变化。 三、实验器材 主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。 四、实验步骤 1. 2. 3. 4. 根据接线示意图安装接线。 放大器输出调零。 电桥调零。 应变片单臂电桥实验。 y 050 100x 150200 由matlab拟合结果得到，其相关系数为0.9998，拟合度很好，说明输出电压与应变计上的质量是线性关系，且实验结果比较准确。 系统灵敏度S=ΔW=0.0535V/Kg (即直线斜率)，非线性误差= 0.75% ΔU =×100%=yFS10.7 Δm0.08 五、思考题 单臂电桥工作时，作为桥臂电阻的应变片应选用：（1）正（受拉）应变片；（2）负（受压） 应变片；（3）正、负应变片均可以。 答：（1）负（受压）应变片；因为应变片受压，所以应该选则（2）负（受压）应变片。 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?R1??R2??R3??R4时，其桥路输出电压Uo3?EK?。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都得到了改善。 三、实验器材 主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。 四、实验步骤 1.根据接线示意图安装接线。 2.放大器输出调零。 3.电桥调零。 4.应变片全桥实验 40 30y2 20 10 50 由matlab拟合结果得到，其相关系数为0.9995，比上个实验中的单臂电桥线性度差，跟理论存在误差。 系统灵敏度S=ΔW= 0.2232V/Kg (即直线斜率)，非线性误差δ= yFS45×100%1.1% ， 可见全桥的灵敏度是单臂电桥的4倍可以看出，但非线性度却高于单臂电桥。 按照实验结果，对于灵敏度的测量时符合理论值的，但是非线性误差是有误的，分析其原因可能是测量过程中的仪器调节、读数误差、以及仪器本身存在的问题。我们在做实验的过程中，仪器存在一定问题，总是很难调节或者得到稳定的数据，不够精准。 ΔU Δm0.49 100x 150200 五、思考题 1.测量中，当两组对边电阻值R相同时，即R1=R3，R2=R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥：（1）可以；（2）不可以。 答：（2）不可以。因为电桥平衡的条件为：R1×R3=R2×R4。 2.某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如图2-8，能否如何利用四组应变片组成电桥，是否需要外加电阻。 图2-8 受拉力时应变式传感器圆周面展开图 答：能够利用它们组成电桥。 （a）图中 4个应变片对称分布于测试棒上，检测试件横向拉力，如果已知试件泊松比则可知试件纵向应变。任意选取两个电阻接入电桥的对边，输出为两倍的横向应变，并选取外加电阻使电桥平衡； （b）图中R3、R4应变片检测试件纵向拉力，R1、R2检测横向拉力，可以选取R3、R4接入电桥对边，输出为两倍的纵向应变。需要接入与应变片阻值相等的电阻组成电桥。 3.金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较 基本原理如图2-9（a）、（b）、（c）。 比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，根据实验结果和理论分析，阐述原因，得出相应的结论。 注意：比较实验中，（a）、（b）、（c）放大电路的放大器增益必须相同。 （a）单臂（b）半桥 （c）全桥 图2-9 应变电桥 单臂 U0 ＝ U1－U3 ＝〔(R1＋R1)/(R1＋R1＋R2)－R4/(R3＋R4)〕E ＝〔（1＋R1/R1）/（1＋R1/R1＋R2/R2）－（R4/R3）/（1＋R4/R3）〕E 设R1＝R2＝R3＝R4，且R1/R1lt;lt;1。 U0≈(1/4)(R1/R1