whut传感器原理实验指导书

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1、实验一电阻应变片传感器在电桥中的接法、性能检测及应用——电子秤设计——本实验为综合性实验，学时数：4本综合实验涉及的基本内容是金属箔式应变片传感器的基本原理，结构、性能及如何通过金属箔式应变片传感器测量力、压力、位移、应变、加速度等非电量参数等知识。重点是金属电阻应变效应，金属应变片的主要特性；半导体材料的压阻效应。压力传感器的应用及测量处理与转换电路，温度误差产生的原因及补偿。要求实验者除应具备传感器基本知识外，还必须具备模拟电子技术，数字电子技术的基本知识，同时要求将所学知识灵活、综合地应用。一、实验目的：1.初步掌握传感器综合

2、实验仪的结构及操作方法；2.学习掌握应变片在电桥中的接法及直流电桥与交流电桥的工作原理及特点；3.了解金属箔式应变片、单臂电桥、半桥及全桥的工作原理和工作情况；4.掌握测试直流、交流单臂、半桥、全桥的性能的操作方法；5．通过电子秤设计实验，更好地理解电阻应变式传感器的实际应用；6．本次设计实验，使同学们在动手能力得到锻炼的同时充分发挥自己的创新潜能，充分调动学习主动性，培养创新能力；二、实验所需单元及部件：应变式传感器、应变式传感器实验模板、砝码、托盘、音频振荡器、数显表、±15V电源、±4V电源。三、实验原理与说明3．1电阻应变式

3、传感器的工作原理电阻应变式传感器是一种利用电阻材料的应变效应，将工程结构件的内部形变转换为电阻变化的传感器，此类传感器主要是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将形变转换成电阻的变化，再通过测量电路进一步将电阻的改变转换成电压或电流信号输出。可用于能转化成形变的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。其主要特点是：①结构简单，使用方便，性能稳定、可靠；②灵敏度高，频率响应特性好，适合于静态、动态测量

4、③环境适应性好，应用领域广泛。3．2金属箔应变片的基本结构   金属箔应变片的敏感栅是用0.001～0.01mm厚的金属箔通过光刻技术制作成，可以很方便地制作成各种形状的应变片，常称其为应变花。如图1-1所示。46图1－1箔式应变片结构图1-2应变片结构箔式应变片横栅较宽，因而横向效应较丝式应变片小；由于箔栅的厚度远比丝栅小，因而有较好的散热性能，允许通过较大的工作电流；同时因栅薄，也便于粘贴到弯曲的弹性元件表面上；且蠕变和机械滞后较小，应力传递性能好。实际应用的电阻应变式传感器主要有四个部分组成，如图1-2所示：1：引出线，作为连

5、接测量导线用，对测量精度至关重要。2：电阻丝也叫敏感栅，是应变片的转换元件，是这类传感器的核心构件；3：粘结剂，它的作用是将电阻丝与基底粘贴在一起；4：基底，基底是将传感器弹性体的应变传送到敏感栅上的中间介质，并起到在电阻丝和弹性体之间的绝缘作用和保护作用；5：面胶或叫覆盖层，是一层薄膜，起到保护敏感栅的作用；3．3.测量电路电阻应变片把机械应变信号转换成ΔR/R后，由于应变量及其应变电阻变化一般都很微小，既难以直接精确测量，又不便直接处理。因此，必须采用转换电路或仪器，把应变片的ΔR/R变化转换成电压或电流变化。通常采用电桥电路实

6、现这种转换的测量电路。电桥电路具有结构简单、灵敏度高、测量范围宽、线性度好且易实现温度补偿等优点。能较好地满足各种应变测量要求，因此在应变测量中得到了广泛的应用。根据电源的不同，电桥分直流电桥和交流电桥。如图1-3所示。图1-3直流、交流电桥电路图直流电桥的优点：高稳定度的直流电源易于获得，电桥调节平衡电路简单，传感器至测量仪表的连线导线的分布参数影响小等。但是后续要采用直流放大器，容易产生零点漂移，线路也比较复杂。因此应变电桥现在多采用交流电桥。电桥电路按其工作方式分有单臂、双臂和全桥三种，单臂工作输出信号最小，双臂输出是单臂的两

7、倍，全桥工作时的输出是单臂时的四倍。因此，为了得到较大的输出电压或电流信号一般都采用双臂或全桥工作。当电桥平衡时，即Ｒ1*Ｒ3=Ｒ2*Ｒ4，电桥输出为零。在桥臂Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4中，电阻的相对变化分别为ΔＲ1/Ｒ1、ΔＲ2/Ｒ2、ΔＲ3/Ｒ3、ΔＲ4/Ｒ4，桥路的输出Ｕo与电桥四个臂的电阻的相对变化的代数和即：ΣＲ=ΔＲ1/Ｒ1-ΔＲ2/Ｒ2-ΔＲ3/Ｒ3＋ΔＲ4/Ｒ4成正比。当使用一片应变片时，ΣＲ=ΔＲ/Ｒ；当使用二片应变片时，ΣＲ=ΔＲ1/Ｒ1-ΔＲ2/Ｒ2。如二片应变片工作于差动状态，且Ｒ1=Ｒ2＝Ｒ，则有ΣＲ＝２ΔＲ/

8、R。用四片应变片组成二个差动对工作，且Ｒ1=Ｒ2=Ｒ3=Ｒ4=Ｒ,于是有ΣＲ1/Ｒ1=-ΔＲ2/Ｒ2=-ΔＲ3/Ｒ3=Δ46Ｒ4/Ｒ4，因此有ΔＲ=４ΔＲ/Ｒ。由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。根据戴维南定理可以得到电桥