感测技术实验指导书实验二重量测量实验一、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。二、基本原理：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：△R/R=Ke式中△R/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=△I/I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=EKe/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=EK：/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△R1=△R2=△R3=△R4时，其桥路输出电压Uo3=KE。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到改善。三、实验所需部件：应变式传感器实验模板、应变式传感器、托盘、码、数显表、土15V电源、土4V电源、万用表、导线若干。四、实验步骤：1、根据图2一1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=350Q，加热丝阻值为50Q左右。2、接入模板电源土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4
感测技术实验指导书 4 实验二 重量测量实验 一、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。 二、基本原理： 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。 三、实验所需部件：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。 四、实验步骤： 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
感测技术实验指导书板调节增益电位器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V，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。应变片托盘引出线弹性体限程螺丝固定垫圈模板888888888882888888588888888888应变片固定螺丝加热丝图2一1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，接上桥路电源土4V,此时应将土4V地与土15V地短接(因为不共地)，如图2一2所示，检查无误后，合上主控箱电源开关。调节Rw1，在托盘上不加码时，使桥路输出为零。5
感测技术实验指导书 5 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
感测技术实验指导书接主控箱接数显表C申源输出Vit加热器R++1应变传感器实验模板hRw2RRw33Rw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码，读取数显表数值，依次增加码和读取相应的数显表值，直到500g码加完。记下实验结果填入表2一1。计算系统灵敏度S，非线性误差8。表2-1单臂电桥输出电压与加负载重量值重量(g)电压(mv)5、将图2一2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2一3，接入桥路电源土4V，进行桥路调零，重复步骤2、3、4，将实验数据记入表2一2，计算灵敏度S，非线性误差8。6
感测技术实验指导书 6 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) 电压(mv) 5、 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
感测技术实验指导书接主控箱拷数显表oC电源输出加热器151VolYo2应变传感器实验模板ORWRRw图2一3应变式传感器半桥实验接线图表2一2半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量(g)电压(mv)将传感器四片应变片接成全桥电路，见图2一4。重复步骤2、3、4，将实验结果填6、入表2一3：进行灵敏度和非线性误差计算。接主控箱接主控箱接数显表OO电源输出电源输出V地加热器R1R2R3R4GEOG国O200GEOR11R13F11t'ICi-15v+15vRR16R18R90AR5IRWRIOLICIC4DGVo1Vo2R5R17OGR15R19R12R14R6RICRRW4C+E-ERwiSRwc应变传感器实验模板RW2RWRWRW4图2一4全桥性能实验接线图7
感测技术实验指导书 7 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) 电压(mv) 6、 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。 图 2－4 全桥性能实验接线图
感测技术实验指导书表2一3全桥输出电压与加负载重量值重量(g)电压(mv)五、思考题：1、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、实验中的重量测量与超市的电子称测量有什么区别？试画出超市的电子称实现的原理框图。8
感测技术实验指导书 8 表 2－3 全桥输出电压与加负载重量值 重量(g) 电压(mv) 五、思考题： 1、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、实验中的重量测量与超市的电子称测量有什么区别？试画出超市的电子称实现的原理 框图