传感器技术实验报告
院（系） 机械工程系 专业 班级
姓 名 同组同学
实验时间 2014 年 月 日，第 周，星期 第 节
实验地点 单片机与传感器实验室 实验台号
实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。
二、实验仪器：
应变传感器实验模块、托盘、砝码（每只约20g）、、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表（自备）。
三、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组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。
图1-1
通过这些应变片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，如图1-2所示R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压
（1-1）
E为电桥电源电压，R为固定电阻值，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为
。
四、实验内容与步骤
1．图1-1应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。
2．从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档），调节电位器Rw3，使电压表显示为0V，Rw3的位置确定后不能改动，关闭主控台电源。
图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图
3．将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂直流电桥，见图1-2，接好电桥调零电位器Rw1，直流电源±4V（从主控台接入），电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw1,使电压表显示为零。
4．在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw4，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示2mV，读取数显表数值，保持Rw4不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记录实验结果，填入表1-1，关闭电源。
表1－1
五、注意事项
加在应变传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！
六、实验报告
根据表1－1计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）和非线性误差δf1=Δm/yF..S ×100％，式中Δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；yF·S为满量程（200g）输出平均值。
七、思考题：
采用单臂电桥时，作为桥臂的电阻应变片应选用：
(1)正(受拉)应变片；
(2)负(受压)应变片；
(3)正、负应变片均可以。
答：
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实验二 金属箔式应变片——半桥性能实验
一、实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。
二、实验仪器：同实验一
三、实验原理：不同受力方向的两片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。当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压
（2-1）
U0比单臂电桥灵敏度提高一倍，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。
四、实验内容与步骤
1．应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。
图2-1 应变式传感器半桥实验接线图
2．差动放大器调零。从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档），调节电位器Rw3，使电压表显示为0V，Rw3的位置确定后不能改动，关闭主控台电源。
3．根据图2-1接线，R1、R2为实验模板左上方的应变片，注意R2应和R1受力状态相反，即桥路的邻边必须是传感器中两片受力方向相反(一片受拉、一片受压)的电阻应变片。接入桥路电源±4V（从主控台接入），电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw1，使电压表显示为零。
4．在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw4，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示10mV，读取数显表数值，保持Rw4不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记录实验结果，填入下表，关闭电源。
表2－1
五、实验报告
根据表2－1计算系统灵敏度L＝ΔU/ΔW和非线性误差δf2。
六、思考题：
1．半桥侧量时两片不同受力状态的电阻应变片在接入电桥时，应放在：(1)对边？(2)邻边的位置？
答：
2．桥路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误差？(2)应变片应变效应是非线性的？(3)零点偏移？
答：
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实验三 金属箔式应变片——全桥性能实验
一、实验目的：了解全桥测量电路的优点。
二、实验仪器：同实验一。
三、实验原理：
全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出：
Uo=Ekε （3-1）
E为电桥电源电压，式3-1表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。
四、实验内容与步骤
图3-1 全桥性能实验接线图
1．应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。
2．从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档），调节电位器Rw3，使电压表显示为0V。Rw3的位置确定后不能改动，关闭主控台电源。
3．按图3-1接线，将受力不同的4只应变片接入电桥的邻边，接入电桥调零电位器Rw1，直流电源±4V(从主控台接入)，电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw1，使电压表显示为零。
4．在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw4，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示0.020V左右，读取数显表数值，保持Rw4不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记录实验结果，填入下表3-1，关闭电源。
表3-1
五、实验报告
根据表3-1的实验数据，计算灵敏度L=ΔU/ΔW，非线性误差δf3
六、思考题
1．全桥测量中，当两组对边(R1、R3)电阻值相同时，即R1= R3, R2= R4,而R1≠R2时，是否可以组成全桥：(1)可以，(2)不可以。
答：
2．工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。
图3-2 应变式传感器受拉时传感器圆平面展开图
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实验地点 单片机与传感器实验室 实验台号
实验四 直流全桥的应用——电子称实验
一、实验目的：了解直流全桥的应用及电路的定标
二、实验仪器：同实验一
三、实验原理：
电子称实验原理同实验三的全桥测量原理，通过调节放大电路对电桥输出的放大倍数使电路输出电压值为重量的对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成一台比较原始的电子称。
四、实验内容与步骤
1．按实验三的步骤1、2、3接好线并将电路调零。
2．将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器Rw4（满量程时的增益），使数显电压表显示为0.200V（2V档测量）。
3．拿去托盘上所有砝码，观察数显电压表是否显示为0.00V，若不为0.00V，再次调节Rw4调零。
4．重复2、3步骤的定标过程，直到精确为止，把电压量纲改为重量量纲即可以称重。
5．将砝码依次放到托盘上并读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记录实验结果，填入下表，关闭电源。
表4-1
6．打开电源，根据定标结果，在电子秤上称量几样自己的随身物品（例如手机、钥匙等）的重量，记录实验结果，填入下表，关闭电源。
表4-2
第二篇：电阻应变式传感器测量电路实验报告
电阻应变式传感器测量电路
实习报告
院系：电子通信工程系
班级：应电班
组别：第组
日期：20##年3月17日
实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
一、实验目的：
了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。
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为电阻丝电阻的相对变化，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的受力状态变化，电桥的作用是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。单臂电桥输出电压U=EKε/4。
三、需用器件与单元：
应变式传感器实验模块、应变式传感器、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。
四、实验步骤：
1、根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入模块的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R1= R2= R3= R4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。
2、接入模块电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模块调节增益电位器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的数显表电压输入端Vi相连，调节实验模块上调零电位器Rw4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源。接线图如图所示：
3、将应变式传感器的其中一个应变片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（从主控箱引入）如图1-2所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节Rw1，使数显表显示为零。
接线图如图所示：
4、在电子秤上放置一只砝码，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（或200g）砝码加完。记下实验结果填入表1-1，关闭电
表1-1 单臂电桥输出电压与加负载重量值
5、根据表1-1计算系统灵敏度S，S=ΔV/ΔW（ΔV输出电压变化量；ΔW重量变化量）计算线性误差：δf1=Δm/yF ?S×100%，式中为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yF ?S满量程输出平均值，此处为200g。
（1）、计算灵敏度：
ΔV=（-5-(-9）+（-9-(-14)）+（-14-(-18)）+（-18-(-23)）+（-23-(-27)）+(-27-(-32))+(-32-(-37))+（-37-（-41））+(-41-(-46))/9=4.56
ΔW=20g
S=ΔV/ΔW=0.205
(2)、计算线性误差：
Δm=（20+20+20+20+20+20+20+20+20+20）/9=20
δf1=Δm/yF ?S×100%=10%
五、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。
答：正负应变片都可以，因为正负对单笔电桥的传感器特性无影响。
第二组成员：
连接线路：
测量数据：
记录数据：
分析数据：
写报告：