第二部分---基本实验指导

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date第二部分-基本实验指导第二部分 基本实验指导第二部分 基本实验指导1 电阻应变式传感器的制作一、 实验目的1、了解电阻应变式传感器的工作原理。2、掌握电阻应变式传感器的制作方法与步骤，了解布片方式。3、初步掌握常温用电阻应变片的粘贴技术，粘贴质量的检查。4、掌握焊接技术。二、 实验原理电阻应变式传感器主要是基于电阻应变效应的，可以测定力、扭矩、加速度、压力等其他物理量

2、。电阻应变式传感器包括两个部分：一是弹性敏感元件，利用它可以将被测物理量转换为弹性体的应变值；另一个是应变片作为转换元件将应变转换为电阻的变化。应变片是粘贴式电阻应变计的简称，也有称作电阻应变片或电阻片的。一般应变片由敏感元件、基底和引线三部分组成。本实验主要是将应变片作为测力传感元件来用。当用应变片测力时，应变片要牢固地粘贴在测件上，当测件受力发生变形时，应变片的敏感栅随同变形（深长或缩短），其电阻值（大部分应变片的阻值为60、120、350、600或1000 ，其中以120 为常用)也随之发生相应的变化（增大或减小）。然后再通过测量电路（如电桥电路），转换成电压信号输出显示，实现了非电量到

3、电量的转化。本实验中采用等强度梁作为试件，应变片电阻值为120，贴片时一片与试件的轴线平行，一片与试件的轴线垂直，若接到电桥测量电路中，便可接成差动式结构。三、 主要仪器及耗材试件（等强度梁或柱式元件）、常温用电阻应变片、四位电桥（QJ24）（测量应变片的阻值用）、粘贴剂（502胶）、电烙铁、镊子、剪刀、放大镜、兆欧表（测绝缘电阻用）、数字万用表、丙酮、脱脂棉、胶带、砂纸、导线等材料。四、 实验内容和步骤1、试件的准备： 根据使用需要，设计试件的形状和尺寸，并进行机械加工。 打磨清洗： 将试件待贴片位置用细砂纸打光，最后打成45交叉纹，以提高粘附力。再用脱脂棉蘸丙酮将贴片位置附近檫洗干净，直到

4、棉球洁白为止，待溶剂完全挥发后再进行贴片。2、应变片的准备： 选片：根据所测试件材质、受力情况、环境温度、试件的外形尺寸、使用时间等因素，选取应变片的种类。 外观检查：用放大镜等检查应变片有无断路、短路、霉点、铁锈等缺陷，敏感栅排列是否整齐、有无短路、缺口、断栅、划伤变形，基底是否有气泡、皱折、坑点存在，引线是否引线牢固等。 阻值分选：用四位电桥（或数字万用表）逐片测量应变片的阻值，并按其阻值大小分类、编号、登记、包装，测量电阻应精确到0.1。 表面处理：用脱脂棉蘸无水乙醇擦洗，注意两面都要清洗，对没有盖层的应变片，要顺着敏感栅的方向轻轻擦洗，洗净后用红外线灯或其它烘干装置烘干备用。 配桥：要

5、求组成电桥的各臂阻值应大致相等（R1=R2=R3=R4），或相对臂之积大致相等（R1R3=R2R4）,其最大误差限制在0.5欧姆以内，否则电桥不易平衡。3、划线定位：为保证测量精度，应把应变片粘贴正面定位，有两种定位方法： 用坐标纸做模板定位，预留定位孔挖孔，略大于所选用的应变片。 用划针划好十字中心。4、贴片：贴片前将试件表面预热到400C左右，去除潮气。贴片时将少量“502”胶（一滴即可），使其薄而均匀布满全片，甩去多余的胶水，迅速准确地贴在处理干净的试件上，在应变片上覆盖一层玻璃纸，用手指依一个方向挤压数次，挤出多余的胶水，然后换一张玻璃纸继续指压数分钟。（注意操作过程中不得使应变片移动

6、），待胶水固化贴牢后撕去玻璃纸，即完成贴片工作。如需重新贴片时，一定要用细砂纸打磨去除原有胶层，重新擦洗，涂胶贴片。5、粘贴质量检查： 借助放大镜、镊子，检查是否贴牢、有无气泡。 用万用表检查有无断路、短路。 用兆欧表或高阻表检查应变片与试件间的绝缘电阻，一般应在500兆欧以上，动态测量也可在50100兆欧以上，静态测量要求高一些。 如工作在大电流的条件下或长期工作，应通以23倍工作电流，考验数分钟，不应烧断或起泡。6、组桥连线： 为便于连线，在应变片引线靠近贴上引线端子。 按要求组桥（半桥或全桥）。 注意走线规则、整齐，引线要加以固定和注意绝缘。 焊线宜用25W以下的电烙铁，焊接时间不要过长

7、（35秒），焊锡不要过多，焊点要光滑牢固，不能有虚焊。7、防护处理： 粘贴好的应变片为防止机械损伤和油、水的侵蚀，应加以包扎（用白布带、胶带）和涂敷护材料。长期使用时，可在应变片所在的部位上涂上一层石蜡或凡士林，以防受潮失效。 如果用其它粘贴剂粘贴应变片，则粘贴工艺不同，应视具体情况而变。五、 数据处理与分析1、请画出传感器的布片和编号图。2、请分析应变片在粘贴前和传感器制作好后的误差。六、 实验注意事项1、 擦洗应变片时要沿单一方向进行，不要来回交替擦拭。清洗干净的表面要避免再次污染（如用嘴吹气）及手触摸。2、应变片正、反面不要搞错（正面有引出线），贴片时在应变片反面涂胶，即基底向下与试件粘

8、贴。3、502胶固化很快，所以粘贴动作要迅速，以免暴露时间过长，胶水固化，粘贴不牢。4、胶水粘到手上时，可用硝基甲烷，二甲基甲醯胺，丙酮溶掉，如不慎溅于眼内，切忌用水冲，可涂油质眼药膏即可脱落。5、焊接温度不能太高，焊接时间不能太长，应迅速焊接，避免高温对应变计焊端产生损伤，降低绝缘强度等。6、焊接引线应采用柔软，材质不能太硬的线材，以免长时间受力时，线材损坏或脱落。7、尽量在应变计焊端和接线端子之间的连接线上留出应力释放环，避免试件或弹性体长期受力或温度发生较大范围变化时，在连接线上形成内应力集中，造成引线拉断，使桥路或电路断路。8、在操作过程中的每个细小环节都要十分谨慎，随时用万用表测量应

9、变片是否断路和短路，发现后及时补救。七、 思考题1、选择应变片的原则。2、为什么要把阻值、灵敏度相同的应变片归在一起？3、为什么贴片要定位？怎样才能贴得准？4、为什么要把多余的胶水和空气挤掉？5、为什么要做防护处理？2 金属箔式应变片与三种测量桥路的比较一、 实验目的1、测试应变梁变形的应变输出。2、掌握应变片单臂、半桥、全桥的工作原理和工作情况。3、验证应变片单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系。二、 实验原理应变片将应变的变化转换成电阻的相对变化，还要把电阻的变化再转换为电压或电流的变化，才能用电测仪表进行测量，通常采用电桥电路来实现微小阻值变化的转换。图1 电桥电路图图1是一个直流电桥

10、，它的四个桥臂由电阻、组成，电阻的相对变化率分别为、，且，是供桥电压，则桥路输出电压为：当电桥平衡时，桥路相对臂电阻乘积相等，电桥输出电压为零，且注意相对臂受力方向一致，相邻臂受力方向相反。根据电桥工作时参与工作的桥臂可分为：单臂、半桥和全桥三种形式。当四个桥臂都为应变片时，桥路的输出电压约为： 当单臂工作时： 输出电压 电桥电压灵敏度当和双臂工作时：输出电压电桥电压灵敏度当、全桥工作时：电桥电压灵敏度由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大；当E和电阻相对变化一定时，电桥的输出电压及其电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。三、 主要仪器及耗材直流稳压电源（4V）、电桥、差动放大器、贴于主机

11、工作台悬臂梁上的箔式应变片、螺旋测微仪、称重砝码、数字电压表、加热器、导线等。四、 实验内容和步骤1、 设定旋钮的初始位置：直流稳压电源打到2V档，电压表打到2V档，差动放大器增益打到最大。2、 差动放大器调零：开启仪器电源，差动放大器增益置于最大位置（顺时针方向旋到底），差放的正负输入端与地端连接在一起。输出端接数字电压表2V档。开启主机电源，用调零电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。调零后仪器面板上的“增益、调零”电位器均不应再变动。如果使用毫伏表，则使毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居“零”位。拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。

12、调零后关闭仪器电源。测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。3、按图2将各部件连接成测量线路。桥路中R1、R2、R3和 Wd 为可调电位器，r为调平衡电阻，R4为工作应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。直流激励电源为 4V 。图24、确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟，使电路工作趋于稳定。 选择适当的放大增益，然后调节电桥Wd 电位器，使电压表输出为零。5、加上砝码，每加一个读数，将测得数值填入下表：重量W(g)电压V(mV)6、保持放大器增益不变，将R3换为与R4工作状态相反的另一应变片，形成半桥，调整电桥平衡电位器，使电压表输出为零。然后依次加上砝码，同

13、样测出读数，填入下表：重量W(g)电压V(mV)7、保持差动放大器增益不变，将R1，R2两个电阻换成另两片工作片，接成一个直流全桥，通过电桥平衡电位器调好零点。依次加上砝码，将读出数据填入下表：重量W(g)电压V(mV)五、 数据处理与分析1、根据表中所测数据计算灵敏度S ，并比较大小。2、分析非线性误差，并说明误差产生的原因。3、在同一坐标纸上描出W - V关系曲线。六、 实验注意事项1、实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短接插线，以避免引入干扰。2、接插线插入插孔，以保证接触良好，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。3、稳压电源不要对地短路。所有单元电路的地均

14、须与电源地相连。4、半桥和全桥实验时，应变片接入电桥时注意其受力方向。尤其在做全桥实验时，一定要保证电路中相对臂工作方向相同。5、直流稳压电源不能过大，以免损坏应变片。6、在更换桥路连接时，应先将电源关闭，再接线，以免损坏应变片。7、在实验过程中发现F/V表超量程1或1显示，可换档将量程扩大或将差动增益减小。8、在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。9、进行上述实验时，激励电压、差动放大器增益、测微头起始点位置等外部环境必须一致，否则就无法进行比较。七、 思考题1、本实验对直流稳压电源和差动放大器有何要求？2、应变片桥路（差动电桥）连接应注意哪些问题？3、电桥的灵敏度与什么因素有关？如何用电桥特性来提高灵敏度和消除不利因素的影响？4、测量时，电桥不平衡会对测量产生什么影响，为什么每次测量前要重新检查平衡？-