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1、电阻应变式传感器实验名称实验名称1.1.实验目的：实验目的：（1）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。（2）了解全桥测量电路优点。2.2.实验设备：实验设备：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、15V 电源、4V 电源、万用表(自备)3.3.实验原理及内容：实验原理及内容：1 1）金属箔式应变片单臂电桥性能实验金属箔式应变片单臂电桥性能实验基本原理: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：R/R=K式中R/R 为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数，=l/l 为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通
2、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，电桥的输出电压反应的受力状态。对单臂电桥输出电压 U01=EK/4。2 2）金属箔式应变片全桥性能实验金属箔式应变片全桥性能实验基本原理：全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，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U03=KE。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。4.4.实验步骤：实验步骤：1 1）金属箔式应变片单臂电桥性能实验金属箔式应变片单臂电桥性能实验（1）预习并写出预习
3、报告；（2）根据图 2-1 应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350，加热丝阻值为 50左右。1/9电阻应变式传感器图图 2-12-1 应变式传感安装示意图应变式传感安装示意图（3）接入模板电源15V(从主控箱引入)，检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板调节增益电位器 Rw3 顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显表电压输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零(数显表
4、的切换开关打到2V 档)。关闭主控箱电源。（4）将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模板左上方的 R1)接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7 接成直流电桥(R5、R6、R7 模块内已连接好)，接好电桥调零电位器 Rw1，接上桥路电源4V(从主控箱引入)如图 2-2 所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节Rw1，使数显表显示为零。（5）传感器单臂电桥实验接线图传感器单臂电桥实验接线图图图 2-22-2 应变式应变式（6）在电子称上放置一只砝码，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500g(或 200g)砝码加完。记下实验结果填入表2-1，关闭电源。（7）根据表 2-
5、1 计算系统灵敏度 S，S=u/W(u 输出电压变化量；W 重量变化量)计算线性误差：f1=m/yFS100%式中m 为输出值(多次测量时为平均值)与拟合直线的最大偏差：yFS 满量程输出平均值，此外为 500g 或 200g。2/9电阻应变式传感器2 2）金属箔式应变片全桥性能实验金属箔式应变片全桥性能实验（1）传感器安装同实验（一）。根据图 2-4 接线，实验方法与实验（二）相同。将实验结果填入表 2-3；进行灵敏度和非线性误差计算。图图 2-42-4 全桥全桥性能实验接线图性能实验接线图5.5.实验结果及分析：实验结果及分析：1)1)金属箔式应变片单臂电桥性能实验金属箔式应变片单臂电桥性
6、能实验表表 2-12-1重量（重量（g g）0 020207.97.9404014.714.7606020.320.3808026.926.910010032.732.712012038.938.914014045.045.016016051.451.418018057.657.620020063.763.7电压（电压（mvmv）0.090.092)2)金属箔式应变片全桥性能实验金属箔式应变片全桥性能实验表表 2-32-3重量（重量（g g）0 020200.020.0240400.050.0560600.080.0880800.100.101001000.130.131201200.160.
7、161401400.180.181601600.210.211801800.230.232002000.260.26电压（电压（mvmv）0.000.001)利用利用 matlabmatlab 最小二乘法进行数据处理有：最小二乘法进行数据处理有：2)2)单臂电桥性能实验单臂电桥性能实验实验程序：实验程序：coords=0:20:200;0.097.914.720.326.932.738.945.051.457.663.7coords=0:20:200;0.097.914.720.326.932.738.945.051.457.663.7gridgridholdhold3/9电阻应变式传感器pl
8、ot(coords(1,:),coords(2,:),o);plot(coords(1,:),coords(2,:),o);x=coords(1,:)x=coords(1,:)y=coords(2,:)y=coords(2,:)plot(x,y,b)plot(x,y,b)b=size(coords)b=size(coords)c=ones(1,b(2)%c=ones(1,b(2)%返回一个返回一个 1 1b(2)b(2)元素为元素为 1 1 的矩阵的矩阵MT=c;xMT=c;xM=MTM=MTf=inv(MT*M)*MT*yf=inv(MT*M)*MT*yy=,num2str(f(2),x+,
9、num2str(f(1)y=,num2str(f(2),x+,num2str(f(1)y=f(2)*x+f(1)y=f(2)*x+f(1)plot(x,y,g)plot(x,y,g)mistake=max(x-y)/(max(y)-min(y)mistake=max(x-y)/(max(y)-min(y)fprintf(fprintf(电阻的传感器的灵敏度电阻的传感器的灵敏度 s=%5.3f%n,abs(f(2)s=%5.3f%n,abs(f(2)fprintf(fprintf(非线性误差非线性误差 f=%5.3f%n,mistake)f=%5.3f%n,mistake)plot(x,y)pl
10、ot(x,y)xlabel(m/g)xlabel(m/g)ylabel(V/mv)ylabel(V/mv)title(title(单臂电桥性能试验单臂电桥性能试验)legend(y=,num2str(f(2),x+,num2str(f(1)legend(y=,num2str(f(2),x+,num2str(f(1)%Currentplotheld%Currentplotheld%s=(y(6)-y(2)/60%s=(y(6)-y(2)/60%detam=abs(yy-coords(2,:)%detam=abs(yy-coords(2,:)%max(detam)%max(detam)%detaf
11、1=max(detam)/max(y)%detaf1=max(detam)/max(y)试验结果：试验结果：4/9电阻应变式传感器x=x=8020080200y=y=0.09000.09007.90007.900014.700014.700020.300020.300026.900026.900032.700032.700038.900038.900045.000045.000051.400051.400057.600057.600063.700063.7000b=b=211211c=c=1111111111111111111111MT=MT=1111111111111111111111802
12、0080200M=M=1010120120140140160160180180110011001120112011401140116011601180118012001200f=f=1.36501.36500.31290.3129ans=ans=y=0.31289x+1.365y=0.31289x+1.365y=y=1.36507.622713.880520.138226.395932.653638.911445.169151.426857.684563.94231.36507.622713.880520.138226.395932.653638.911445.169151.426857.68
13、4563.9423mistake=mistake=2.17422.17425/9电阻应变式传感器电阻的传感器的灵敏度电阻的传感器的灵敏度 s=0.313%s=0.313%非线性误差非线性误差 f=2.174%f=2.174%全桥性能实验全桥性能实验x=x=8020080200y=y=0 00.02000.02000.05000.05000.08000.08000.10000.10000.13000.13000.16000.16000.18000.18000.21000.21000.23000.23000.26000.2600b=b=211211c=c=111111111111111111111
14、1MT=MT=111111111111111111111180200802006/9电阻应变式传感器M=M=1010120120140140160160180180110011001120112011401140116011601180118012001200f=f=-0.0018-0.00180.00130.0013ans=ans=y=0.0013091x+-0.0018182y=0.0013091x+-0.0018182y=y=-0.00180.02440.05050.07670.10290.12910.15530.18150.20760.23380.2600-0.00180.02440.
15、05050.07670.10290.12910.15530.18150.20760.23380.2600mistake=mistake=762.8958%762.8958%电阻的传感器的灵敏度电阻的传感器的灵敏度 s=0.001%s=0.001%非线性误差非线性误差 f=762.896%f=762.896%实验总结：实验总结：思考题：思考题：1)1)金属箔式应变片单臂电桥性能实验金属箔式应变片单臂电桥性能实验单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：(1)正(受拉)应变片(2)负(受压)应变片(3)正、负应变片均可以。请解释本实验中的“信号获取电路”的原理及电路参数。7/9电阻应变式传感器2)3)
16、4)5)5)金属箔式应变片全桥性能实验金属箔式应变片全桥性能实验全桥测量中，当两组对边(R1、R3 为对边)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。请解释本实验中的“信号获取电路”的原理及电路参数。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，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。8/9电阻应变式传感器实验总结：实验总结：说明：1.1.实验名称、实验目的、实验设备、实验原理及内容实验名称、实验目的、实验设备、实验原理及内容由教师确定，实验前学生填好；2.2.实验步骤、实验结果及分析实验步骤、实验结果及分析由学生记录实验的过程，包括操作过程、实验结果、遇到哪些问题以及如何解决等；3.3.实验总结实验总结由学生在实验后填写，总结本次实验的收获、未解决的问题以及体会和建议等。9/9