东南大学传感器实验报告 (2)

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、基本原理

全桥测量电路中，将受力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。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?EK?。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差都得到了改善。

三、实验器材

主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。

图2-3 全桥工作原理图

四、实验步骤

1.根据接线示意图安装接线。 2.放大器输出调零。 3.电桥调零。 4.应变片全桥实验

数据记录如下表所示： 重量（g） 电压（mv） 20 19 40 39 60 60 80 80 100 101 120 122 140 143 160 164 180 185 200 206 实验曲线如下所示： 25020015010050020406080100120140160180200

分析：从图中可见，数据点基本在拟合曲线上，线性性比半桥进一步提高。

5.计算灵敏度S=U/W，非线性误差?。 U=187mv， W=180g； 所以 S=187/180=1.039 mv/g; ?m=0.1786g， yFS=180g，

?8010?0%0. ??0.1786/1

五、思考题

1.测量中，当两组对边电阻值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。 答：（2）不可以。

2.某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，能否及如何利用四组应变片组成电桥，是否需要外加电阻。

答：能够利用它们组成电桥。对于左边一副图，可以任意选取两个电阻接入电桥的对边，则 输出为两倍的横向应变，如果已知泊松比则可知纵向应变。对于右边的一幅图，可以选取R3、R4接入电桥对边，则输出为两倍的纵向应变。两种情况下都需要接入与应变片阻值相等的电阻组成电桥。

3.金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较 基本原理如图2-9（a）、（b）、（c）

比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，根据实验结果和理论分析，阐述原因，得出相应的结论。

答：根据实验结果可知： 灵敏度： 全桥>半桥>单臂 非线性度：单臂>单桥>全桥

理论上： 灵敏度： 单臂 S? 非线性度：单臂??EE ，半桥 S? ，全桥 S?E。 42K??100%，半桥 ??0，全桥 ??0。

2?K? 因为全桥能使相邻两臂的传感器有相同的温度特性，达到消除温度误差的效果。同时还能消除非线性误差。

结论：利用差动技术，能有效地提高灵敏度、降低非线性误差、有效地补偿温度误差。

（a）单臂 （b）半桥 （c）全桥

图2-9 应变电桥

4.金属箔式应变片的温度影响

电阻应变片的温度影响主要有两个方面。敏感栅丝的温度系数，应变栅的线膨胀系数与弹性体（或被测试件）的线膨胀系数不一致而产生附加应变。当温度变化时，即使被测体受力状态不变，输出也会有变化。

① 按照全桥性能实验步骤，将200g砝码放在砝码盘上，在数显表上读取数值Uo1。

② 将主机箱中直流稳压电源＋5V、地（⊥）接于实验模板的加热器＋6V、地（⊥）插孔上，数分钟后待数显表电压显示基本稳定后，记下读数Uot 。

（Uot-U01）即为温度变化的影响。 温度变化产生的相对误差：

U?Uo1 ??ot?100%U01

③ 如何消除金属箔式应变片温度影响？ 答：利用温度补偿片或采用全桥测量。

实验五 差动变压器的性能实验

一、实验目的

了解差动变压器的工作原理和特性。

二、基本原理

差动变压器由一只初级线圈和二只次级线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有两段式和三段式，本实验采用三段式。

当被测物体移动时差动变压器的铁芯也随着轴向位移，从而使初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化。将两只次级反向串接，引出差动电势输出。其输出电势反映出被测物体的移动量。

三、实验器材

主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器、万用表、导线等。

图3-2 差动变压器性能实验原理图

四、实验步骤

1.按照接线图连接线路。

2.差动变压器L1的激励电压从主机箱中的音频振荡器的Lv端引入，音频振荡器的频率为4~5KHz，输出峰峰值为2V。

3.松开测微头的紧固螺钉，移动测微头的安装套使变压器次级输出的Vp-p较小。

然后拧紧螺钉，仔细调节测微头的微分筒使变压器的次级输出Vp-p为最小值（零点残余电压），定义为位移的相对零点。

4.从零点开始旋动测微头的微分筒，每隔0.2mm从示波器上读出示波器的输出电压Vp-p，记入表格中。

一个方向结束后，退到零点反方向做相同的实验。

5.根据测得数据画出Vop-p —X曲线，做出位移为±1mm、±3mm时的灵敏度和非线性误差。

数据表格如下： X(mm) V(mv) X(mm) V(mv) -1.2 93 0.6 53 -1.0 77 0.8 68 -0.8 62 1.0 83 -0.6 46 1.2 100 -0.4 31 1.4 116 -0.2 15 1.6 133 0 4 1.8 149 0.2 20 2.0 165 0.4 37 2.2 181

实验曲线如下：

200180160140120100806040200-1.5-1-0.500.511.522.5

分析：从图中可见，曲线基本呈线性，关于x=0对称的，在零点时存在一个零点误差。

?X?1mm ，S??U/?X?80.3672mv/mm；X=±1mm 时， ?U?80.3672mv ，

3m ?x?0.011m ， yFS?2mm ，???x/yFS?100%?0.56%。

五、思考题

1.用差动变压器测量，振动频率的上限受什么影响？

答：受导线的集肤效应和铁损等的影响，若频率过大会导致灵敏度下降。

2.试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？ 答：相同点：利用电磁感应原理工作。

不同点：差动变压器为开磁路，一、二次侧间的互感随衔铁移动而变，且两个绕组按差

动方式工作；一般变压器为闭合磁路，一、二次侧间的互感为常数。

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