电子秤的实验感测技术实验一

学生实验报告学院：软件与通信工程学院课程名称：感测技术基础专业班级：电子信息121姓名：谢鑫学号：0123691-2-学生实验报告（3）学生姓名谢鑫学号0123691同组人黄文实验项目电子秤的实验□必修□选修□演示性实验□验证性实验□操作性实验□综合性实验实验地点W207实验仪器台号指导教师彭向东实验日期及节次2015、4、30三四节一、实验综述1、实验目的1．了解金属箔式应变片的应变效应，电桥的工作原理。2．了解单臂电桥、半桥、全桥的性能，并比较其灵敏度和非线性度。3．通过实验后能够设计信号放大电路。2、实验仪器、设备或软件应变式传感器实验模板、应变式传感器、托盘、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表、导线若干。二、实验过程（实验步骤、记录、数据、分析）1、实验原理电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR／R＝Kε式中ΔR／R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数,ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压Uo1=EKε/4。对于半桥不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压UO2＝EKε／2。全桥测量电路中，将受力性相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压U03＝KEε。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到改善。√√-3-2、实验内容：1、根据图2－1可知应变式传感器已装于应变传感器模板上。各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模板上，可用万用表进行判别,R1=R2=R3=R4=350Ω,加热丝阻值为50Ω左右。2、接入模板电源15V(从主控台引入)，检查无误后,合上主控箱电源开关，将实验模板调节增益电位器RW3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正负输入端与地短接,输出端与主控箱面板上数显表电压输入端Vi相连,调节实验模板上的调零电位器RW4，使数显表显示为零(数显表的量程切换开关打到2V档)。关闭主控箱电源。图2－1应变式传感器安装示意图3、将应变式传感器的其中一个电阻应变片R1(即模块左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7、模块内已连接好），接好电桥调零电位器RW1，接上桥路电源±4V,此时应将±4V地与±15V地短接(因为不共地),如图2－2所示,检查无误后,合上主控箱电源开关。调节Rw1，在托盘上不加砝码时，使桥路输出为零。-4-图2－2应变式传器实验模板电原理图4、为便于读取数据，将10只砝码全部置于传感器秤托盘上，调节电位器RW3使VO2输出为50的整数倍值。在传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到500g砝码加完。记下实验结果填入表2－1。计算系统灵敏度S，非线性误差δ。表2－1单臂电桥输出电压与加负载重量值重量(g)20406080100120140160180200电压(mv)0612182430354147535、将图2－2电桥中的R5改接成R2或R4，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边进行半桥实验，见图2－3，接入桥路电源±4V，进行桥路调零，重复步骤2、3、4，将实验数据记入表2－2，计算灵敏度S，非线性误差δ。-5-图2－3应变式传感器半桥实验接线图表2－2半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量（g）20406080100120140160180200电压（mv）1020314252637384951066、将传感器四片应变片接成全桥电路，见图2－4。重复步骤2、3、4，将实验结果填入表2－3；进行灵敏度和非线性误差计算。-6-图2－4全桥性能实验接线图表2－3全桥输出电压与加负载重量值重量（g）20406080100120140160180200电压（mv）11243751647892105118132三、结论1、实验结果结果一：S=0.2927=-0.001结果二：-7-S=0.5327=-0.0043结果三：-8-S=0.6739=-0.00112、分析讨论根据最小二乘法由MATLAB来画出实际曲线和拟合曲线，并求出灵敏度和非线性误差。四、思考题、单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。2、电桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边（2）邻边。3、桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：（1）电桥测量原理上存在非线性（2）应变片应变效应是非线性的（3）调零值不是真正为零。4、电桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）值R相同时，即R1＝R3，R2＝R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。5、实验中的电子秤与超市的电子称有什么区别？试画出超市的电子称实现的原理框图。如下图所示，原理不同。-9-五、指导教师评语及成绩：