应变片实验报告样本.doc

传感器试验----金属箔式应变片:单臂、半桥、全桥比较【试验目标】了解金属箔式应变片,单臂单桥工作原理和工作情况。验证单臂、半桥、全桥性能及相互之间关系。【所需单元及部件】直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬臂梁称重传感器、砝码、一片应变片、电压/频率表、电源,重物加在短小圆盘上。【旋钮初始位置】直流稳压电源打到±2V挡,电压/频率表打到2V挡,差动放大增益最大。【应变片工作原理】当金属丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值将发生改变,这种现象称为金属电阻应变效应。设有一根长度为L、截面积为S、电阻率为ρ金属丝,在未受力时,原始电阻为(1-1)当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时,将伸长ΔL,横截面积对应减小ΔS,电阻率因晶格改变等原因影响而改变Δρ,故引发电阻值改变ΔR。对式(1-1)全微分,并用相对改变量来表示,则有:(1-2)【测量电路】应变片测量应变是经过敏感栅电阻相对改变而得到。通常金属电阻应变片灵敏度系数K很小,机械应变通常在10×10-6~3000×10-6之间,可见,电阻相对改变是很小。比如,某传感器弹性元件在额定载荷下产生应变-6,应变片电阻值为,灵敏度系数K=2,则电阻相对改变量为10-6=,%。这么小电阻改变,用通常测量电阻仪表极难直接测出来,必需用专门电路来测量这种微弱电阻改变。最常见电路为电桥电路。(a)单臂(b)半桥(c)全桥图1-1应变电桥直流电桥电压输出当电桥输出端接有放大器时,因为放大器输入阻抗很高,所以,能够认为电桥负载电阻为无穷大,这时电桥以电压形式输出。输出电压即为电桥输出端开路电压,其表示式为(1-3)设电桥为单臂工作状态,即为应变片,其它桥臂均为固定电阻。当感受应变产生电阻增量时,由初始平衡条件得,代入式(1-3),则电桥因为产生不平衡引发输出电压为(1-4)对于输出对称电桥,此时,R´,当臂电阻产生改变,依据式(1-4)可得到输出电压为(1-5)对于电源电桥,,´,当R1臂产生电阻增量时,由式(1-4)得(1-6)对于等臂电桥,当电阻增量时,由式(1-10)可得输出电压为(1-7)由上面三种结果能够看出,当桥臂应变片电阻发生改变时,电桥输出电压也伴随改变。当时,电桥输出电压和应变成线性关系。还能够看出,在桥臂电阻产生相同改变情况下,等臂电桥和输出对称电桥输出电压要比电源对称电桥输出电压大,即它们灵敏度要高。所以在使用中多采取等臂电桥或输出对称电桥。在实际使用中,为了深入提升灵敏度,常采取等臂电桥,四个应变片接成两个差动对称全桥工作形式,图1-1所表示。由图1-1可见=R+R,=R-R,=R+R,=R-R,将上述条件代入式(1-4)得(1-8)由式(1-8)看出,因为充足利用了双差动作用,它输出电压为单臂工作4倍,所以大大提升了测量灵敏度。试验步骤:、部件在试验仪上所在位置,观察梁上应变片,应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁外表面各贴二片受力应变片。:用连线将差动放大器正(+)、负(-)、地短接。将差动放大器输出端和电压/频率表输入插口in相连,电压/频率表放在2V档;开启电源;调整差动放大器“差动增益”到最大位置,然后调整差动放大器“差动调零”旋钮使电压/频率表显示为零,关闭电源。依据图1接线R1、R2、R3为电桥单元固