传感器原理实验指导书[]

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1、传感器原理实验指导书实验一金属箔式、半导体应变片性能一单臂电桥、半桥、全桥交直流实验一、实验目的：1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式；2、熟悉箔式应变片和半导体应变片的性能，充分了解两种应变电路的特性;3、掌握应变片单臂、半桥、全桥的工作原理和工作情况；4、验证应变片单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系。二、实验类型：验证型三、实验原理：应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试吋，应变片耍牢固地粘贴在测试体表面，测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当

2、电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻&、R2、R3、&屮，电阻的相对变化率分别为△R]/R]、AR2/R2>AR3/R3>AR4/R4，桥路的输出与空=生一纶一当+也成止比。当使用一个应变片时，»匹;当使用二个应变片时，*旦_4若二RRxR2个应变片组成差动状态工作，则有£r二址;用四个应变片组成二个差动对工作，且RR]=R_2=R3=R4=R，£r=OR根据戴维南定理可以得出电桥的输出电压近似等于*E・£r,电桥的电压灵皱度Ku=V/AR/R,于是对于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为Le、丄卡、和E。由此42可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度

3、依次增大；当E和电阻相对变化一定吋，电桥的输出电压及具电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。四、实验所需部件：直流稳压电源±4V、应变式传感器实验模块、贴于主机工作台悬臂梁上的箔式应变计、半导体应变计、螺旋测微仪、数字屯压表、应变加热器。五、实验步骤：1、差动放大器调零。连接主机与模块电路电源连接线，差动放大器增益置于最人位置（顺吋针方向旋到底），差动放人器“+”“-”输入端对地用实验线短路。输岀端接电压表2V档。开启主机电源，用调零电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线，调零后模块上的“增益、调零”屯位器均不应再变动。（图1）2、观察贴丁•悬臂梁根部的箔式应变计的

4、位置与方向，按图（1）将所需实验部件连接成测试桥路，图中Ri、R2、R3分别为模块上的固定标准电阻，R为应变计（可任选上梁或下梁中的一个工作片），注意连接方式，勿使直流激励电源短路。将螺旋测微仪装于应变悬臂梁前端永久磁钢上，并调节测微仪使悬臂梁基本处丁•水平位置。3、确认接线无误后开启主机，并预热数分钟，使电路工作趋于稳定。调节模块上的WD屯位器，使桥路输出为零。4、用螺旋测微仪带动悬臂梁分别向上和向下位移各5mm,每位移1mm记录一个输出电压值，并记入下表：位移mm0电压V05、依次将图（1）中的固定屯阻R1,换接应变计组成半桥、将固定屯阻R2、R3,换接应变计组成全桥

5、。6、重复3-4步骤，完成半桥与全桥测试实验。7、用半导体应变片替换箔式应变片，重复2-3步骤。8＞根据表中所测数据在同一坐标上描出V-X曲线，计算灵敏度S：S二AV/AX,比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。9、观察改用交流激励电源吋应变片的工作特性。六、注意事项：1、rtr丁•悬臂梁弹性恢复的滞后及应变片木身的机械滞后，所以当螺旋测微仪回到初始位置后桥路电压输出值并不能马上冋到零，此吋可一次或几次将螺旋测微仪反方向旋动一个较大位移，使屯压值回到零后再进行反向采集实验。2、实验中实验者用螺旋测微仪进行位移后应将手离开仪器后方能读取测试系统输出电压数，否则虽然没有改变

6、刻度值也会造成微小位移或人体感应使电压信号出现偏差。3、应变片接入桥路时，要注意应变片的受力方向，一定要接成差动形式，即邻臂受力方向相反，对臂受力方向相同，如接反则电路无输出或输出很小。4、更换应变片时应将电源关闭。七、思考题1、本实验对直流稳压电源和差动放人器冇何要求？2、应变片桥路（差动电桥）连接应注意哪些问题?3、桥路（差动电桥）测量吋存在非线性误差的主要原因是什么?4、箔式应变片和半导体应变片在工作原理和性能上有什么区别?5、用交流和直流作为激励屯源时，传感器的性能冇何变化?实验二应变片温度效应及补偿实验一、实验目的：1、了解温度对应变测试系统的影响；2、熟悉箔式

7、应变屯桥和半导体应变屯桥的温度特性;3、掌握应变片温度补偿原理及方法。二、实验类型：验证型三、实验原理:当应变片所处环境温度发生变化时，出于其敏感栅本身的温度系数，自身的标称电阻值发生变化，而贴应变片的测试件与应变片敏感栅的热膨胀系数不同，也会引起附加形变，产生附加电阻。因此，当温度变化吋，在被测体受力状态不变吋，输出也会有变化。为避免温度变化时引入的测量误差，在实用的测试屯路中耍进行温度补偿。木实验中采用的是电桥补偿法（又称补偿片法），而补偿片法是应变片补偿方法屮的一种，如图（2）所示，Ri为工作应变片，R2为补偿应变片，K