应变片实验报告.doc

应变片实验报告
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应变片实验报告
传感器实验----
金属箔式应变片:单臂、半桥、全桥比较
【实验目的】
了解金属箔式应变片,单臂单桥的工作原理和工作情况。
验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间应变片实验报告
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传感器实验----
金属箔式应变片:单臂、半桥、全桥比较
【实验目的】
了解金属箔式应变片,单臂单桥的工作原理和工作情况。
验证单臂、半桥、全桥的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, 重物加在短小的圆盘上。
【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。
【应变片的工作原理】
当金属丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值将发生变化,这种现象称为金属的电阻应变效应。
设有一根长度为L、截面积为S、电阻率为ρ的金属丝，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，横截面积相应减小ΔＳ，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变Δρ,故引起电阻值变化ΔR。对式(1-1）全微分，并用相对变化量来表示,则有:　
　　(1-2)
【测量电路】
应变片测量应变是通过敏感栅的电阻相对变化而得到的。通常金属电阻应变片灵敏度系数Ｋ很小，机械应变一般在10×１0-6~300０×10-6之间,可见,电阻相对变化是很小的。例如,某传感器弹性元件在额定载荷下产生应变-6，应变片的电阻值为,灵敏度系数K=２,则电阻的相对变化量为1０-６=，%。这样小的电阻变化,用一般测量电阻的仪表很难直接测出来，必须用专门的电路来测量这种微弱的电阻变化。最常用的电路为电桥电路。
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　 （a)单臂 　 　 　 　　 (b）半桥　 　 　 　　 　 　 (c)全桥
图1-1　　应变电桥
直流电桥的电压输出
当电桥输出端接有放大器时，由于放大器的输入阻抗很高，所以,可以认为电桥的负载电阻为无穷大，这时电桥以电压的形式输出。输出电压即为电桥输出端的开路电压，其表达式为
　 　　 　(１-3)
设电桥为单臂工作状态,即为应变片，其余桥臂均为固定电阻。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）,则电桥由于 产生不平衡引起的输出电压为
　 　 　 　 　　 　 　 　(1-4)
对于输出对称电桥,此时,R´，当臂的电阻产生变化 ,根据式（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
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　　 　 　　　 　 　　　（1-6）
　 对于等臂电桥,当的电阻增量 时,由式(1-１０）可得输出