應(yīng)變片測(cè)力實(shí)驗(yàn)綜述報(bào)告

汪珺++楊飛++姚剛

摘 要：本文在CSY-2000D傳感器與測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)基礎(chǔ)上，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟等幾方面詳細(xì)闡述了電阻應(yīng)變片測(cè)力的工作原理以及應(yīng)變片電橋測(cè)量電路，并要求學(xué)生利用labview編寫(xiě)程序?qū)?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用最小二乘法實(shí)現(xiàn)線性擬合從而計(jì)算系統(tǒng)靈敏度和非線性度。

關(guān)鍵詞：應(yīng)變片；電橋；Labview；最小二乘法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.251

1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

（1）應(yīng)變片直流電橋測(cè)力實(shí)驗(yàn)-半橋單臂；（2）應(yīng)變片直流電橋測(cè)力實(shí)驗(yàn)-半橋雙臂；（3）應(yīng)變片電橋測(cè)力實(shí)驗(yàn)-全橋。

2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）掌握應(yīng)變片的基本原理以及應(yīng)變片在使用過(guò)程中的貼片方式；

（2）掌握應(yīng)變片后續(xù)轉(zhuǎn)換電路（直流電橋）的三種形式及特點(diǎn)；（3）掌握數(shù)據(jù)處理的方式并利用labview編寫(xiě)程序?qū)?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用最小二乘法實(shí)現(xiàn)線性擬合得到系統(tǒng)靈敏度和非線性度。

3 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)儀器：CSY-2000D傳感器與測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、相關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，見(jiàn)圖1所示。

電源：直流電源（4V、15V）。其他輔助設(shè)備：5個(gè)20g小砝碼、放置砝碼的托盤(pán)、電壓表

4 實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)變片式力傳感器包括兩部分：粘貼了四片應(yīng)變片的懸臂梁和轉(zhuǎn)換電路（電橋）。當(dāng)我們?cè)趹冶哿荷贤斜P(pán)放置砝碼時(shí)，懸臂梁受力產(chǎn)生變形，粘貼在懸臂梁上的應(yīng)變片感知變形自身阻值會(huì)發(fā)生改變，再由電橋?qū)?yīng)變片阻值的變化轉(zhuǎn)變成電壓的變化，通過(guò)電壓表讀出電壓值，這樣我們就完成了從非電量到電量的轉(zhuǎn)換。這里值得注意的是常用的電橋有三種形式，半橋單臂、半橋雙臂和全橋，半橋單臂電橋是非線性的，靈敏度也較低；半橋雙臂和全橋是線性的，靈敏度分別是半橋單臂的二倍和四倍。本實(shí)驗(yàn)也可以印證這一點(diǎn)。

5 實(shí)驗(yàn)步驟

以應(yīng)變片單臂直流電橋測(cè)力實(shí)驗(yàn)為例，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）安裝。將托盤(pán)安裝到貼有四片應(yīng)變片的懸臂梁上，如圖1所示。（2）調(diào)零。本實(shí)驗(yàn)中的調(diào)零包括兩部分，即放大器調(diào)零和電橋調(diào)零。差動(dòng)放大器調(diào)零主要通過(guò)調(diào)節(jié)放大器增益電位器和放大器調(diào)零電位器兩個(gè)旋鈕到合適的位置；電橋調(diào)零主要是調(diào)節(jié)電橋平衡電位器旋鈕到合適的位置。（3）測(cè)量。在托盤(pán)中心點(diǎn)上依次放置20g砝碼，分別讀取電壓表相應(yīng)的數(shù)值。（4）數(shù)據(jù)處理。根據(jù)數(shù)據(jù)畫(huà)出重量-電壓曲線，并利用labview編寫(xiě)程序?qū)?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用最小二乘法實(shí)現(xiàn)線性擬合從而計(jì)算系統(tǒng)靈敏度和非線性度。某次實(shí)驗(yàn)學(xué)生編制界面及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖2所示。

6 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

該實(shí)驗(yàn)的主要誤差來(lái)源于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電路的不穩(wěn)定。在做單臂電橋?qū)嶒?yàn)時(shí)，正負(fù)之間出現(xiàn)了比較大的誤差，而在做雙臂電橋以及全橋?qū)嶒?yàn)時(shí)，誤差很小。可見(jiàn)是定值電阻R2的接入給電路帶來(lái)的影響，尤其是當(dāng)四個(gè)定值電阻都換成應(yīng)變片的時(shí)候（全橋測(cè)量），正負(fù)的測(cè)量值幾乎沒(méi)有差別。從最后的結(jié)果來(lái)看，全橋的靈敏度最高，雙臂次之，單臂最低。且基本呈現(xiàn)出以下關(guān)系，即全橋靈敏度約為雙臂的2倍，雙臂約為單臂的2倍。這和理論值是基本相符的。可見(jiàn)，電橋的工作臂系數(shù)越大，則電橋的靈敏度越高。

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作者簡(jiǎn)介：汪珺（1979—），女，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要從事測(cè)控技術(shù)方面的教學(xué)與科研工作。