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传感器检测技术实验报告实验一  金属箔式应变

发布日期:2020-11-23 18:10

  《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 ,其中K为应变灵敏系数, 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 应变片单臂电桥实验。测得数据如下,并且使用Matlab 的cftool 工具箱画出实验点的线 电压(mv) 1.12.1 3.1 4.2 5.3 6.4 7.5 8.5 9.6 10.7 拟合值 (mv) -0.03 1.04 2.10 3.18 4.25 5.32 6.39 7.46 8.53 9.60 10.67 0.030.06 0.080.05 0.02 0.01 0.04 0.03 0.03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 0.0535V/Kg(即直线% 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 。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 untitledfit 2.放大器输出调零。3.电桥调零。 4.应变片全桥实验 数据记录如下表所示,并且使用Matlab 的cftool 工具箱画出实验点的线 电压(mv) 1318 22 27 31 36 40 45 拟合值 (mv) 0.045 4.51 8.97 13.44 17.90 22.37 26.83 31.29 35.76 40.22 44.69 0.0450.49 0.03 0.44 0.10 0.37 0.17 0.29 0.24 0.22 0.31 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 0.2232V/Kg(即直线%,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。 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R1R2 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:R1R3=R2R4。 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。 50100 150 200 1020 30 40 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 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。 图2-9应变电桥 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/R1

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