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应变片实验报告
传感器测验-- 金属箔式应变片: 单臂、半桥、全桥对比
【测验目得】
了解金属箔式应变片,单臂单桥得工作原理与工作处境。
验
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应变片实验报告
传感器测验-- 金属箔式应变片: 单臂、半桥、全桥对比
【测验目得】
了解金属箔式应变片,单臂单桥得工作原理与工作处境。
验证单臂、半桥、全桥得性能及相互之间关系。
【所需单元及部件】
直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬臂梁称重传感器、砝码、一片应变片、电压/频率表、电源, 重物加在短小得圆盘上。
【旋钮初始位置】
直流稳压电源打到2V挡,电压/频率表打到 2V 挡,差动放大增益最大. 【应变片得工作原理】
当金属丝在外力作用下发活力械变形时,其电阻值将发生变化,这种现象称为金属得电阻应变效应。
设有一根长度为L、截面积为 S、电阻率为 得金属丝,在未受力时,原始电阻为
(1-1)
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得影响而变更 ,故引起电阻值变化 R 。对式(1-1)全微分,并用相对变化量来表示,那么有:
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(1-2) 【测量电路】
应变片测量应变就是通过敏感栅得电阻相对变化而得到得。通常金属电阻应变片灵敏度系数 K很小,机械应变一般在 1010- 6 ~300010 -6 之间,可见,电阻相对变化就是很小得。例如,某传感器弹性元件在额定载荷下产生应变 -6 ,应变片得电阻值为,灵敏度系数K=2,那么电阻得相对变化量为 10 6 =0、002,电阻变化率只有 0、2%。这样小得电阻变化,用一般测量电阻得仪表很难直接测出来,务必用特意得电路来测量这种微弱得电阻变化。最常用得电路为电桥电路。
(a)单臂
(b)半桥
(c)全桥 图 11
应变电桥 直流电桥得电压输出 当电桥输出端接有放大器时,由于放大器得输入阻抗很高,所以,可以认为电桥得负载电阻为无穷大,这时电桥以电压得形式输出。输出电压即为电桥输出端得开路电压,其表达式为
(1-3) 设电桥为单臂工作状态,即为应变片,其余桥臂均为固定电阻。当感受应变产生电阻增量 时,由初始平衡条件得,代入式(13),那么电桥由于 产生不平衡引起得输出电压为
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(1-4)
对于输出对称电桥,此时,R,当臂得电阻产生变化 ,根据式(1-4)可得到输出电压为
(15) 对于电源电桥,,,当 R1 臂产生电阻增量时,由式(1-4)得
(1-6)
对于等臂电桥,当得电阻增量 时,由式(110)可得输出电压为
(17) 由上面三种结果可以瞧出,当桥臂应变片得电阻发生变化时,电桥得输出电压也随着变化。当 时,电桥得输出电压与应变成线性关系。还可以