1、南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：普通物理實(shí)驗(yàn)（3）實(shí)驗(yàn)名稱：金屬箔式應(yīng)變片傳感器性能研究學(xué)院：專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：座位號(hào)：實(shí)驗(yàn)時(shí)間：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 .了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，掌握單臂電橋工作原理和性能。2 .比較全橋、半橋與單臂電橋的不同性能、了解其特點(diǎn)。3 .了解全橋測(cè)量電路的優(yōu)點(diǎn)及其在工程測(cè)試中的實(shí)際應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)儀器：應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤、整碼、數(shù)顯電壓表、±15V和掃V電源三、實(shí)驗(yàn)原理：電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為：AR/R=Ke,式中AR/R為電阻絲電阻相對(duì)變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，c=A

2、l/l為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。金屬箔式應(yīng)變片就是通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感組件，四個(gè)金屬箔應(yīng)變片分別貼在彈性體的上下兩側(cè)，彈性體受到壓力發(fā)生形變，應(yīng)變片隨彈性體形變被拉伸，或被壓縮。通過(guò)這些應(yīng)變片轉(zhuǎn)換被測(cè)部位受力狀態(tài)變化、電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化。1、單臂電橋?qū)嶒?yàn)如圖1-1所示，R5R6R仍固定電阻，與應(yīng)變片一起構(gòu)成一個(gè)單臂電橋。RaR3:9Qfi|o(b桂欣變片E住友堂片xHZZF-OCZh>R4應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０褰又骺叵浣訑?shù)顯表：電源輸出%地()l-L-1：+15VGND-15M樓鹿，片-(<>1R1Rs牛情陽(yáng)；片了D5CRW2R13IC1夕Ui匚tUoi

3、R14IC2R15R17Rl?RW4UO2IE其輸出電壓nR12E1nRiE為電橋電源電壓，R為固定電阻值，上式表明單臂電橋輸出為非線性，存在著非線性誤差2、半橋差動(dòng)電路如圖1-2,不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊。接主控箱接數(shù)顯表:電源輸出Vi地IIItin:d+4Y應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K+網(wǎng)g即T5Ml?Q£。圖1-2電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善，當(dāng)兩只應(yīng)變片的阻值相同、應(yīng)變數(shù)也相同時(shí)，半橋的輸出電壓為E為電橋電源電壓，上式表明，差動(dòng)半橋輸出與應(yīng)變片阻值變化率呈線性關(guān)系。3、全橋測(cè)量電路如圖1-3,受力性質(zhì)相同的兩只應(yīng)變片接到電橋的對(duì)邊，不同的接入鄰邊，當(dāng)應(yīng)變片初始值相

4、等，變化量也相等時(shí)，其橋路輸出：RE為電橋電源電壓，上式表明，全橋輸出靈敏度比半橋又提高了一倍。RiQR2QR3QR4Q一接主控箱_電源輸出應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)？旖又骺叵浣訑?shù)顯表電源輸出U地L+15VGND-15VRllR13I-W-IIC1nxRg/RW36UoiIC3OR16Rl7RigR18產(chǎn)RaF4Vr"-"TRa(3-1h-O-I1-0R5R12十心R10R14I_-ER15+ER6RW2四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、單橋性能測(cè)試(1)變傳感器上的各應(yīng)變片已分別接到應(yīng)變傳感器模塊左上方的R1、R2、R3、R4上，可用多用表測(cè)量判別，R1=R2=R3=R4=350Q(2)從主控臺(tái)接

5、入±15V電源，檢查無(wú)誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，將差動(dòng)放大器的輸入端Ui短接，輸出端U02接數(shù)顯電壓表(選擇2V檔)，調(diào)節(jié)電位器Rw4,使電壓表顯示為0V,Rw4的位置確定后不能改動(dòng)。關(guān)閉主控臺(tái)電源。(3)將應(yīng)變式傳感器的其中一個(gè)應(yīng)變電阻(如R1)接入電橋與R5,R6,R7構(gòu)成一個(gè)單臂直流電橋，見圖31-2,接好電橋調(diào)零電位器Rw1,直流電源土4V,電橋輸出接到差動(dòng)放大器的輸入端Ui,檢查接線無(wú)誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，調(diào)節(jié)Rw1,使電壓表顯示為零(不為零亦可)。(4)在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只整碼，調(diào)節(jié)Rw3,改變差動(dòng)放大器的增益，使數(shù)顯電壓表顯示2mV,讀取數(shù)顯表數(shù)值，保持Rw3

6、不變，依次增加整碼并讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，表格自擬。2、半橋性能測(cè)試差動(dòng)放大器調(diào)零后，按圖31-3接線。調(diào)節(jié)Rw1,使電壓表顯示為零。在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只整碼，調(diào)節(jié)Rw3,改變差動(dòng)放大器的增益，使數(shù)顯電壓表顯示10mV左右，讀取數(shù)顯表數(shù)值，保持Rw3不變，依次增加整碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g整碼加完，表格自擬。3、全橋性能測(cè)試差動(dòng)放大器調(diào)零后，按圖31-4接線，在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只整碼,調(diào)節(jié)Rw3,改變差動(dòng)放大器的增益，使數(shù)顯電壓表顯示0.020V左右，讀取數(shù)顯表數(shù)值，保持Rw3不變，依次增加整碼并讀取相應(yīng)的數(shù)顯表數(shù)值，直到200g整碼加完。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析處理：U-

7、imboO1a表一：?jiǎn)螛蛐阅軠y(cè)試204060801001201401601802002.06.110.514.818.122.426.531.236.540.9擬合1.655.9310.2114.4818.7623.0427.3231.5935.8740.150.350.170.290.320.660.640.820.390.630.75計(jì)算靈敏度計(jì)算非線性誤差表二：半橋性能測(cè)試2040608010012014016018020010.018.427.236.144.753.462.270.979.788.3擬合9.8418.5627.2836.0144.7353.4562.1770.9079

8、.6288.340.160.160.080.090.030.050.030.000.800.43計(jì)算系統(tǒng)靈敏度計(jì)算非線性誤差表三：全橋性能測(cè)試2040608010012014016018020021.442.863.784.0104.5125.1146.2166.3187.7207.8擬合21.8942.5763.2583.93104.6125.3146.0166.7187.3208.00.490.230.470.070.110.190.230.350.370.2122UIO-1-1U-g計(jì)算靈敏度計(jì)算非線性誤差六、思考題：1、單臂電橋時(shí)，作為橋臂電阻應(yīng)變片應(yīng)選用：（1）正（受拉）應(yīng)變片（2）負(fù)（受壓）（3）正、負(fù)應(yīng)變片均可以？答：正、負(fù)應(yīng)變片均可以。當(dāng)采用負(fù)應(yīng)變片時(shí)，得到的電壓是負(fù)值。2、半橋測(cè)量時(shí)兩個(gè)不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時(shí)，應(yīng)放在：（1）對(duì)邊;（2）鄰邊。答：鄰邊。3、全橋測(cè)量中，當(dāng)兩組對(duì)邊（R1、R3為對(duì)邊）值R相同