設(shè)計(jì)目的了解應(yīng)變直流電橋的應(yīng)用及電路的標(biāo)定根本原理—應(yīng)變片傳感器電阻應(yīng)變片壓力傳感器由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護(hù)片和引出線等局部組成應(yīng)變片的工作原理電阻應(yīng)變式壓力傳感器是由電阻應(yīng)變片組成的測(cè)量電路和彈性敏感元件組合起來的傳感器。當(dāng)彈性敏感元件受到壓力作用時(shí)，將產(chǎn)生應(yīng)變，粘貼在外表的電阻應(yīng)變片也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變，表現(xiàn)為電阻值的變化。這樣彈性體的變形轉(zhuǎn)化為電阻應(yīng)變片阻值的變化。把4個(gè)電阻應(yīng)變片依據(jù)橋路方式連接，兩輸入端施加確定的電壓值，兩輸出端輸出的共模電壓隨著橋路上電阻阻值的變化增加或者減小。一般這種變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系具有近似線性的關(guān)系。找到壓力變化和輸出共模電壓變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以通過測(cè)量共模電壓得到壓力值。LRSLRS式式中：ρ——金屬導(dǎo)體的電阻率〔Ω·m〕S——導(dǎo)體的截面積〔m2〕L——導(dǎo)體的長(zhǎng)度〔m〕以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)，其長(zhǎng)度和截面積都會(huì)發(fā)生變化，從上式中可很簡(jiǎn)潔看出，其電阻值即會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，假設(shè)金屬絲受外力作用而伸長(zhǎng)時(shí)，其長(zhǎng)度增加，而截面積削減，電阻值便會(huì)增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí)，長(zhǎng)度減小而截面增加，電阻值則會(huì)減小。只要測(cè)出加在電阻的變化〔通常是測(cè)量電阻兩端的電壓〕，即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變狀況。全橋電路ΔR/R，要把電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化，才能用電測(cè)儀表進(jìn)展測(cè)量。這里使用全橋電路，如以以下圖所示。1 2 3 承受四臂電橋，如上圖所示并設(shè)初始時(shí)RRRRR1 2 3 RRRR1 4 3

RR時(shí)，輸出為2R2UUUo iUUURU四臂電橋的電壓靈敏度為UU i二試驗(yàn)原理V該試驗(yàn)就是應(yīng)用了箔式應(yīng)變片及其全橋測(cè)量電路，試驗(yàn)原理如圖所示，本試驗(yàn)只做放大器輸出 試驗(yàn)，通過對(duì)電路的標(biāo)定使電路輸出V0的電壓值為重量對(duì)應(yīng)值，電壓量綱〔V〕轉(zhuǎn)化為壓力綱〔N〕即成為一臺(tái)原始測(cè)壓力裝置。需用器件與單元機(jī)頭中的應(yīng)變梁的應(yīng)變片：顯示面板中的F/V表〔或電壓表〕?！?V～±10V步進(jìn)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源；調(diào)理電路面板傳感器輸出單元中的箔式應(yīng)變片；調(diào)理電路單元中的電橋，差動(dòng)放大器：砝碼〔20g/只〕。試驗(yàn)步驟差動(dòng)放大器調(diào)零點(diǎn)：按圖7-2示意接線，將F/V表〔或電壓表〕的量程切換開關(guān)切換到2V檔，合上主、副電源開關(guān)，將差動(dòng)放大器的增益電位器按順時(shí)針方向輕輕到底后再逆回轉(zhuǎn)一點(diǎn)點(diǎn)〔放大器的增益為最大，回轉(zhuǎn)一點(diǎn)點(diǎn)的目的：電位器觸點(diǎn)在根部估量會(huì)接觸不良〕，調(diào)整差動(dòng)放大器的調(diào)零電位器，使電壓表顯示電壓為零，差動(dòng)放大器的零點(diǎn)調(diào)整完成，關(guān)閉主電源。將±2V～±10V步進(jìn)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源切換到4V檔，按圖所檢查接線無誤后合上主電源開關(guān)，在梁的自由端無砝碼時(shí)，調(diào)整電橋中的W1電位器，使數(shù)顯表顯示為0.000V。將8只砝碼全部置于梁的自由端上〔盡量放在中心點(diǎn)〕，調(diào)整差動(dòng)放大器的增益電位器，使數(shù)顯表顯示為0.160V〔2V測(cè)量端〕或-0.160V。拿去梁的自由端上全部砝碼，如數(shù)顯表不顯示0.000V則調(diào)整差動(dòng)放大器的調(diào)零電位器，使數(shù)顯表顯示為0.000V。再將8只砝碼全部置于振動(dòng)臺(tái)上〔盡量放在中心點(diǎn)上〕，調(diào)整差動(dòng)放大器的增益電位器，使數(shù)顯表顯示為0.160V〔2V測(cè)量端〕或-0.160V。重復(fù)3步驟的標(biāo)定過程，始終到誤差較小為止，把電壓量綱V改為壓力綱N，就可以測(cè)壓力，成為一臺(tái)原始的測(cè)壓力裝置。把砝碼依次放在梁的自由端上，并依次記錄壓力和電壓數(shù)據(jù)填入下表。依據(jù)數(shù)據(jù)畫出試驗(yàn)曲線，計(jì)算誤差與線性度。在梁上的自由端放上一元硬幣、一把鑰匙稱一下壓力。試驗(yàn)完畢，關(guān)閉電路。試驗(yàn)數(shù)據(jù)電壓電壓〔V〕0.0030.0200.0410.0600.0790.0980.1160.1450.151壓力〔N〕0.000.200.400.600.801.001.201.401.60nxiyi

22，

xi

xx)yixx)i ，i

2xy x?xi i i iyi壓力〔N〕用最小二乘法出壓力與電壓的關(guān)系得：F=10.344U-0.0195R x100%算出 =R L Lmax LFmax第7步測(cè)量值為：一個(gè)硬幣〔一個(gè)硬幣〔6.03g〕一把鑰匙0.0580.104硬幣為6.03g，對(duì)傳感器的壓力為0.0603N，實(shí)際測(cè)出壓力為0.058N。它們之間的誤差為3.81%。誤差分析由以上可知，試驗(yàn)中存在誤差。經(jīng)過小組爭(zhēng)論，認(rèn)為可能是由于以下緣由造成的。①積存砝碼時(shí)，由于砝碼的底部不平，砝碼的重量并不是全部壓在壓變片上，輸出的壓力值會(huì)偏小。②長(zhǎng)時(shí)間做試驗(yàn)后，裝置內(nèi)部會(huì)發(fā)熱。由于環(huán)境溫度的變化會(huì)引起應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化，這種溫度效應(yīng)產(chǎn)生了虛假應(yīng)變。③由應(yīng)變片粘貼工藝產(chǎn)生的誤差，應(yīng)變片軸線偏離了原定的方向。④電阻應(yīng)變儀產(chǎn)生的誤差：每個(gè)應(yīng)變片都有確定的靈敏系數(shù)K，在使用靜態(tài)應(yīng)變儀時(shí),K值在儀器的靈敏系數(shù)度盤的刻度范圍之內(nèi)，測(cè)量時(shí)先要將度盤調(diào)到與K值相應(yīng)的刻度上。心得體會(huì)通過這次試驗(yàn)，我明白了做試驗(yàn)時(shí),最重要的是確定要親力親為,務(wù)必要將每個(gè)步驟,每個(gè)細(xì)節(jié)弄清楚,弄明白。試驗(yàn)就是使我們加深理解所學(xué)根底學(xué)問，把握典型傳感器的根本原理和適用范圍;具有測(cè)試