金属箔式应变片

金属箔式应变片【实验目的】1.了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况2.验证单笔，半桥，全桥的性能及相互之间的关系【实验原理】1）传感器的组成敏感元件、转换元件2）静态特性线性度、灵敏度、迟滞性、漂移等3）动态特性通常采用正弦和阶跃信号作为标准输入信号来分析传感器的动态特性：对于正弦输入信号，传感器的响应称为频率响应或称稳态响应，对于阶跃输入信号，则称为传感器的阶跃响应或称瞬态响应2.应变片的类型和材料1）金属丝式应变片2）金属箔式应变片3）金属薄膜应变片3.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R=ρ*L/S当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长ΔL，横截面积相应较小ΔS，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变Δρ，固引起电阻值变化ΔR，对上式全微分，则有ΔR/R=ΔL/L-ΔS/S=Δρ/ρ也可以写成ΔR/R=K0ΔL/LK0称为金属电阻的灵敏度系数，由材料的几何尺寸变化和压阻效应引起，对金属材料而言K0≈1+2μ4.应变片的测量电路电阻应变片接入电桥电路通常有以下接法：如果电桥一个臂接入应变片，其他三个臂采用固定电阻，成为单臂工作电桥，如果电桥两个臂接入应变片称为双臂工作电桥，又称半桥形式，如果四个臂都接入应变片称为全桥形式1）直流电桥的电流输出当电桥的输出信号较大，输入端有接入电阻值较小的负载如检流计或光线示波器进行测量时，电桥将以电流形式输出2）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3）差动放大电路为提高输出电压的变化量，可以在电压输出端增加直流差放电路。差动式直流放大电路是一种特殊的直接耦合放大电路，要求电路两边的元器件完全对称，即俩管型号相同、特性相同、个对应电阻值相等。【实验仪器】直流恒压源DH-VC2、电桥模块（只提供器件）、差动放大器（含调零模块）、电桥模块、测微头及连接件、应变片、万用表、九孔接口平台和传感器实验台一。旋钮初始位置：直流恒压源DH-VC2±4V档，万用表打到2V档，差动放大增益中间位置【实验内容】1.了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表各贴二片受力应变片。2.将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（+）、负（-）、地短接。将差动放大器的输出端与F/V表的输入插口Vi相连；开启主电源；调节差动放大器的增益到最大位置（顺时针将差动放大器的增益旋钮调整到最大），然后调整差动放大器的调零旋钮，直至使F/V表显示为零。关闭主电源，并将差动放大器的正（+）、负（-）极短接线全部撤去。3.电桥的调零：根据如图1接线。R1、R2、R3、R4为应变片。将稳压电源的切换开关置±4V档，万用表置20V档。开启主电源，调节电桥平衡网络中的W1，使万用表显示为零。4.将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平等梁的自由端，调节测微头支柱的高度使万用表先是最小，再旋动测微头，使万用表显示为零，并记下测微头上的刻度值5.往上或者往下旋动测微头，使梁的自由端产生位移X并记下万用表显示的值。建议每旋动测微头一周即ΔX=0.5mm，计入输出填入下表（U-X），根据所得结果计算灵敏度S=ΔU/ΔXX(mm)U(mV)6.在托盘未放砝码前，记下此时的电压数值，然后每增加一只砝码记下一个数值并填入下表（W-U），根据结果计算系统灵敏度S=ΔU/ΔWW(g)20406080100120U(mV)7.保持差动放大器增益不变，将R1R2两个固定电阻换成另两片受力应变片组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，临臂应变片的受力方向相反即可，否则相互抵消没有输出，每旋动测微头一周即ΔX=0.5mm，计入输出填入下表（U-X），根据所得结果计算灵敏度S=ΔU/ΔXX(mm)U(mV)8.同样方法将R1R2R3R4都换为应变片，组成直流全桥，调节测微头使梁到水平位置，调节电桥W1同样使万用表显示为零每旋动测微头一周即ΔX=0.5mm，计入输出填入下表（U-X），根据所得结果计算灵敏度S=ΔU/ΔXX(mm)U(mV)【实验数据】1单臂X(mm)109.598.587.5U(mV)-309.6-299.7-288.3-278.5-269.7-260.1S19.64/mmUmVXW(g)020406080100120U(mV)1.36.912.618.424.129.635.3S0.28/gUmVW2半桥X(mm)109.598.587.5U(mV)-13.51.222.943.263.884.0S39/mmUmVX3全桥X(mm)109.598.587.5U(mV)-34.79.548.188.5129.7168.7S81.36/mmUmVX::1:2:4SSS单臂半桥全桥