传感器与检测技术 实验指导书 齐鲁理工学院 目录
实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 ............. 0 实验二 金属箔式应变片——半桥性能实验 ................. 3 实验三 实验四 实验五 实验六 实验七 实验八 实验九 实验十 Pt100金属箔式应变片——全桥性能实验 ................. 5 直流全桥的应用——电子秤实验 ................... 7 差动变压器的性能测定 ........................... 8 差动变压器零点残余电压测定及补偿 .............. 10 激励频率对差动变压器特性的影响 ................ 12 电容式传感器的位移特性实验 .................... 14 直流激励时霍尔传感器位移特性实验 .............. 16 热电阻测温实验 .......................... 18
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
金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。
金属的电阻表达式为：
l （1） S当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长?l，横截面积相应减小?S，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变??，故引起电阻值变化?R。对式（1）全微分，并用
R??相对变化量来表示，则有：
?R?l?S????? （2） RlS?式中的?ll为电阻丝的轴向应变，用?表示，常用单位???6（1??=1×10mmmmr）。若径向应变为?rr，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用
泊松比?表示为?r???（?l），因为?S=2（?r），则（2）式可以写成：
Srl?R?l??????l?l?（1?2?）??（1?2??）?k0 （3） Rl??llll受两个因素影响，一个是（1+2?），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是??式（3）为“应变效应”的表达式。k0称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，k0，
是材料的电阻率?随应变引起的（称“压阻效应”）。对于金属材料而言，以前者为主，则k0?1?2?，对半导体，k0值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成比例。通常金属丝的灵敏系数k0=2左右。
用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，根据（3）式，可以得到被测对象的应变值?，而根据应力应变关系
（??）??E? （4）
式中 σ——测试的应力；
E——材料弹性模量。
可以测得应力值σ。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转
换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。电阻应变片可分为金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片。 三、需用器件与单元
传感器实验箱（二）中应变式传感器实验单元、砝码、智能直流电压表（或虚拟仪表中直流电压表）、±15V电源、±5V电源，传感器调理电路挂件。 四、实验内容与步骤
1．应变片的安装位置如图（1－1）所示，应变式传感器已装到应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。可用万用表进行测量，R1=R2=R3=R4=350Ω。
R4R3R1R2图1-1 应变式传感器安装示意图
2．接入模板电源±15V（从面板上引入），检查无误后，合上主控台电源开关，调节Rw3使之大致位于中间位置，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，输出端与主控台面板上数显电压表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器Rw4，使数显表显示为零，（数显表的切换开关打到2V档）。关闭主控台电源。（注意：当Rw3的位置一旦确定，就不能改变。）
3．按图1-2将应变式传感器的其中一个应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥，（R5、R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±5V，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。
4．在砝码盘上放置一只砝码，读取数显表数值，以后每次增加一个砝码并读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记下实验结果填入表1-1，关闭电源。
表1-1单臂电桥输出电压与所加负载重量值
重量(g)
电压(mv)