传感器与检测技术 实验报告及答案 (周润景)

实验报告配套教材：

书名：传感器与检测技术
作者：周润景 郝晓霞
出版社：电子工业出版社

实验报告概述：

小型称重系统设计 一、设计任务 　　　本实验是利用金属箔式应变片设计一个小型称重装置。硬件部分是在Multisim中仿真设计。本设计完成过程中需要掌握以下几点： 1）掌握金属箔式应变片的应变效应，单臂、全桥电桥工作原理和性能。 2）学会利用应变片原理建立仿真模型。 3）比较单臂与全桥电桥的不同性能、了解其特点。 4）学会使用全桥电路。 二、测量电路原理与设计 1.传感器模型的建立 　　　电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值将随着压力所产生的变化而变化。对于金属导体，电阻变化率的表达式为： 　　　 　　 　　式中： μ—材料的泊松系数；ε—应变量。 　　通常把单位应变所引起电阻相对变化称作电阻丝的灵敏系数，对于金属导体，其表达式为： 　　　　　　　　　　　　　 　　所以： 　　　　　　　　　　　　　 在外力作用下,应变片产生变化,同时应变片电阻也发生相应变化。当测得阻值变化为△R时，可得到应变值ε，根据应力与应变关系，得到应力值为 　　　　　　　　　　　　　 　　　式中： σ-应力,ε-应变（为轴向应变），E-材料的弹性模量。 　　　又重力G与应力σ的关系为： 　　　　　　　　　　　　　 　　　式中： G-重力,S-应变片截面积 　　　根据以上各式可得到： 　　　　　　　　　　　　　 由此得出应变片电阻与重物质量的关系，即 　　　　　　　　　　　　　　 　　　根据应变片常用的材料（如康铜）取 　　 　　　所以在Multisim中可用建立以下模型来代替应变片进行仿真，模型如图所示：