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电阻应变片压力传感器实验报告

发布日期:2020-09-21 08:32

  电阻应变片压力传感器实验报告电阻应变式传感器&压力传感器实验报告 ——实验报告院系:管理学院 姓名:胡阳 学号:PB12214074 电阻应变式传感器 实验内容 自己设法确认各传感器的受力是拉伸还是压缩力,并用图示说明。 利用所提供的元件连接单臂电桥,桥电压由万用表给出,记下零点电压。 依次增加砝码,测量单臂电桥的m~U定标曲线。有了定标 曲线后,就作成了一台简易的电子秤。 公斤,请勿加载过重的物体,以免损坏应变片。 LinearRegression ParameterValue Error -53.171550.00501 0.001071.65553E-5 0.999520.00692 LinearRegression ParameterValue Error 0.052712.06453E-5 -7.33992E-65.71108E-8 -0.999853.02908E-5 -53.17155+0.00107 待测物体电压:-52.57mV 全桥电路:U=0.05271+(-7.33992E-6)* m;待测物体电压: 0.0493V 单臂电桥S1=0.00107(mV/g)全桥电路 S2=0.00734(mV/g) 可知S3S2S1,即全桥电路的灵 敏度高,单臂电桥的灵敏度低。这是因为应变片越多,可以去除非线性误差以及作温度补偿。 拿放砝码前,不能做到轻拿轻放,从而使形变不能及时和很好的恢复: 砝码在托盘上的分布情况会影响力臂的长短,从而对形变造成影响。 实验中导线接好后,如果用手去碰导线,电压的示数会发生显著的变化,这是因为在电桥的输出电压很小的情况下,手或其他 物品与导线的接触电压就不能忽略了,相反它对输出电压有着很 大的影响。因此在调完电桥平衡后,不要再碰导线了,否则又要 重新调电桥平衡。 将充放气两次同一气压对应电压表示数取平均值,作为测量值,绘出电压 表示数U与瓶内气压P 关系图,并作出拟合直线。 LinearRegression ValueError 0.19604 0.00937 44.28631 0.22396 滞后效应使得减载过程的灵敏度比加载过程的灵敏度小,也就是减载时的现象不如加载时的明显。造成这种现象的原因是,物 理元件的形变恢复过程总需要一定时间,加载时使物理元件发生 了形变,在减载时,要恢复形变往往不能立刻恢复到原样。分别 记录加载和减载时的物理量,将两次的求平均值,就可以减小滞 后效应带来的误差。 实验一、二、三应变片单臂、半桥、全桥特性实验 电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变 形转换为电阻变化的传感器,此类传感器主要是通过一定的机械 装置将被测量转化成弹性元件的变形,然后由电阻应变片将变形 转换成电阻的变化,再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或 电流变化信号输出。可用于能转化成变形的各种非电物理量的检 测,如力、压力、加速度、力矩、重量等,在机械加工、计量、 建筑测量等行业应用十分广泛。 输出电压变化量,ΔW重量变化量)和非线性误差δ (用最小二乘 m/yFS100%式中Δ m为输出值(多次测量时为平均 值)与拟合直线的最大偏差:yFS 满量程输出平均值,此处为200g。 通过电阻的分压,将电阻两端的电压测量出来经过差动放大器。从而将Δ 2、根据图4机头中应变梁结构,在振动 台放置砝码后分析上、下梁片中应变片的应变方向(是拉?还是压?+ 压变大)。 所连接的应变片电阻中,带有符号是拉伸,电阻会变大;带有符号的是压缩,电阻会减小。 3、半桥测量时两片不同受力 状态的电阻应变片接入电桥时,应接在:(1)对边?(2)邻边?为 应该接在邻边,这样能保证测量的灵敏度,同时能使一些去除干扰因素的影响。 4、应变片组桥时应注意什么问题? 实验五应变直流全桥的应用—电子秤实验 常用的称重传感器就是应用了箔式应变片及其全桥测量电路。数字电子秤实验原理如图5—1。本实验只做放大器输出Vo 实验, 通过对电路的标定使电路输出的电压值为重量对应值,电压量纲 (V)改为重量量纲(g)即成为一台原始电子秤。 实验八移相器、相敏检波器实验 为移相器电路原理图与实验箱主板上的面板图。图中,IC-1、R1、R2、澳门赌场。R3、C1 构成一阶移相器(超前),在R2=R1的条件下,可证明其幅频特 性和相频特性分别表示为: KF1(jω)=Vi/V1=-(1-jωR3C1)/(1+jωR3C1)KF1(ω)=1 ΦF1(ω)=--2tg-1ωR3C1 为输入信号频率。同理由IC-2,R4,R5,Rw,C3 成另一个一阶移相器(滞后),在R5=R4条件下的特性为: ΦF2(ω)=--2tgωRwC3 由此可见,根据幅频特性公式,移相前后的信号幅值相等。根据相频特性公式,相移角度的大小和信号频率 及电路中阻容元件的数值有关。显然,当移相电位器Rw=0,上式中ΦF2=0,因此 ΦF1 决定了图7—1 所示的二阶移相器的初始移相角: 即ΦF=ΦF1=--2tg-12 fR3C1 若调整移相电位器Rw,则相应的移相范围为:Δ ΦF=ΦF1-Φ F2=-2tg-12 fR3C1+2tg-12 已知R3=10KΩ ,C1=6800p,Rw=10kΩ ,C3=0.022μ F,如果输入信 号频率 一旦确定,即可计算出图 所示二阶移相器的初始移相角和移相范围。 为相敏检波器(开关式)原理图与实验箱主板上的面板图。图中,AC 为交流参考电压输入端,DC 为直流参考电压输入 端,Vi 端为检波信号输入端,Vo 端为检波输出端。 原理图中各元器件的作用:C5-1交流耦合电容并隔离直流;IC5-1 反相过零比较器,将参考电压正弦波转换成矩形波(开关波 +14V -14V);D5-1二极管箝位得到合适的开关波形 V70V -14V);Q5-1是结型场效应管,工作在开、关状态;IC5-2 工作在倒相器、跟随器状态;R5-6 限流电阻起保护集成块作用。 关键点:Q5-1是由参考电压 V7 矩形波控制的开关电路。当 V7 =0V 时,Q5-1 导通,使IC5-2 同相输入5 端接地成为倒相器,即 V3=-V1;当V7<0V 时,Q5-1 截止(相当于断开),IC5-2 成为跟 V3=V1。相敏检波器具有鉴相特性,输出波形V3 化由检波信号V1与参考电压波形V2 之间的相位决定。下图8—3 为相敏检波器的工作时序图。 移相器能够改变系统的相频响应,而相敏检波器能够同时鉴别幅度特性和相位特性。 实验九应变片交流全桥的应用(应变仪)—振动测量实验 是应变片测振动的实验原理方块图。当应变梁的振动台受到 F(t)作用而振动,使粘贴在应变梁上的应变片产生应变信号 dR/R,应变信号dR/R 由振荡器提供的载波信号经交流电桥调制成 微弱调幅波,再经差动放大器放大为u1(t),u1(t)经相敏检波器检 波解调为u2(t),u2(t)经低通滤波器滤除高频载波成分后输出应变 片检测到的振动信号 u3(t)(调幅波的包络线(t)可用示波器显 示。图中,交流电桥就是一个调制电路,W1、r、W2、C 是交流 电桥的平衡调节网络,移相器为相敏检波器提供同步检波的参考 电压。这也是实际应用中的动态应变仪原理。 仪器科学与电气工程学院《传感器实验及课程设计》 2V~10V步进可调直流稳压电源;调理电路面板中传感器输出单 元中的箔式应变片、调理电路单元中的电桥、差动放大器、4?位 数显万用表。 电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变 形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械 装置将被测量转化成弹性元件的变形,然后由电阻应变片将弹性 元件的变形转换成电阻的变化,再通过测量电路将电阻的变化转 换成电压或电流变化信号输出。为了将电阻应变式传感器的电阻 变化转换成电压或电流信号,在应用中一般采用电桥电路作为其 测量电路。电桥电路按其工作方式分有单臂、双臂和全桥三种, 单臂工作输出信号最小、线性、稳定性较差;双臂输出是单臂的 两倍,性能比单臂有所改善;全桥工作时的输出是单臂时的四倍, 性能最好。单臂特性实验基本电路如图1—2(a)所示。 ={〔(R7+R6)(R1+R1)-R7(R5+R1+R1)〕/〔(R5+R1+R1)(R7+R6)〕}E Uo(1/4)(R1/R1)E=(1/4)(R/R)E=(1/4)Kε 图中R5、R6、R7为350Ω固定电阻,R1 为应变片; RW1 和R8 组成电桥调平衡网络,E 为供桥电源4V。桥路输出电压 Uo(1 /4)(R4/R4)E=(1/4)(R/R)E=(1/4)Kε 。差动放大器输出为Vo。 1.差动放大器调零:按图1—8示意接线,将主机箱上的电压表 量程切换开关切换到2V 档,检查接线无误后合上主、副电源开关; 将差动放大器的增益电位器按顺时针轻轻转到底,再逆向回旋一 点点,调节差动放大器的调零电位器 RW4,使电压表显示为零, 差动放大器的零点调节完成,关闭主电源。 (1)将2V~10V步进可调直流稳压电源切换到4V 片中任意一片)与电桥单元中R1、R2、R3 组成电桥电路。电桥的一对角 接4V 直流电源,另一对角作为电桥的输出接差动放大器的两个 输入端。将W1 电位器、r 电阻直流调节平衡网络接入电桥中(W1 电位器二固定端接电桥的4V 电源端、W1 的活动端 电阻接电桥的输出端)。如图1—9 示意图接线。 检查无误后合上主电源开关,当机头上应变梁自由端的测微头离开自由端时调节电桥的直流调节平衡网络 W1 电位器,使电压 表显示为0 或接近0。 读数为10mm 左右;再松开测微头支架轴套的紧固螺钉,调节测 微头支架高度,使梁吸合后进一步调节支架高度,同时观察电压 表显示绝对值尽量为最小时拧紧紧固螺钉以固定支架高度。仔细 微调测微头的微分筒,使电压表显示值为 0(梁不受力处于自然 状态),这时的测微头刻度线 位位移点。 首先确定某个方向位移,以后每调节测微头的微分筒一周产生 0.5mm位移,根据表1 位移数据依次增加0.5mm并读取相应的电 压值填入表 中;然后反方向调节测微头的微分筒使电压表显示0V(这时测微头微分筒的刻度线不在原来的 位位移点位置上,是由于测微头存在机械回程差,以电压表的0V 为标准作为0 移点并取固定的相对位移X消除机械回程差),再根据表1 位移 数据依次反方向增加0.5mm并读取相应的电压值填入表1-1 注:调节测微头要仔细,微分筒每转一周X=0.5mm,如果调节过量再回调,则产生回程差。 根据表1-1 数据画出实验曲线,并计算灵敏度 为输出电压变化量,X为位移变化量)和非线性误差δ ?m/yFS?100%式中?m为输出值与拟合直线的最大偏差。yFS 为满量程输出平均 非线% 分析:应变 片的单臂特性是近似线性的。

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