实验二电桥测试(电阻式传感器的单臂、全桥电桥性能)实验.pdf

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1、.实验二电桥测试（1）电阻式传感器的单臂电桥性能实验一、实验目的1、了解电阻应变式传感器的基本结构与使用方法。2、掌握电阻应变式传感器放大电路的调试方法。3、掌握单臂电桥电路的工作原理和性能。二、实验所用单元电阻应变式传感器、调零电桥，差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。三、实验原理及电路1、电阻应变式传感如图1-1所示。传感器的主要部分是上、下两个悬臂梁，四个电阻应变片贴在梁的根部，可组成单臂、（双臂）半桥与全桥电路，最大测量范围为±3mm。32+5VRR14RR51─外壳2─电阻应变片3─测杆4

2、─等截面悬臂梁5─面板接线图图1-1电阻应变式传感器2、电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其阻值发生变化，这就是电阻应变效应，其关系为：ΔR/R＝KΔL/L=Kε，ΔR为电阻丝变化值，K为应变灵敏系数，ε为电阻丝长度的相对变化量ΔL/L。通过施加外力引起应变片变形，测量电路将电阻变化转换为电流或电压的变化。'..1dKS(12)对于金属应变片，Ks主要取决于式中的第一项。金属的泊松比通常在0.3左右，对于大多数金属Ks取2。本实验采用直流电桥来测量金属应变片的工作特性。3．电桥的工作原理和特性（1）电桥的工作原理

3、图2是一个直流电桥．A、C端接直流电源，称供桥端，Uo称供桥电压；B、D端接测量仪器，称输出端UBD=UBC+UCD=UO[R3/(R3+R4)-R2/(R1+R2)]1）由式（1）可知，当电桥输出电压为零时电桥处于平衡状态．为保证测量的准确性，在实测之前应使电桥平衡（称为预调平衡）．（2）电桥的加减特性电桥的四个桥臂都由应变片组成，则工作时各桥臂的电阻状态都将发生变化(电阻拉伸时，阻值增加；电阻压缩时，阻值减小)，电桥也将有电压输出．当供桥电压一定而且△Ri<

4、2+(U/R3)dR3+(U/R4)dR42)其中UUBD．对于全等臂电桥，R1=R2=R3=R4=R，各桥臂应变片灵敏系数K相同，上式可简化为dU=0.25UO(dR1/R1-dR2/R2+dR3/R3-dR4/R4)3）当△Ri<

5、△R4=0），则式（4）变为U=0.25UO(R/R)=0.25UOKε5）（b）若两个相邻臂接应变片时（称为双臂电桥，即半桥），（见图3）即桥臂R1、R2为工作臂，且工作时有电阻增量△R1、△R2，而R3和R4臂为固定电阻R（R3=R4=0）．当两桥臂电阻同时拉伸或同时压缩时，则有△R1=△R2=△R，由式（4）可得△U=0．当'..一桥臂电阻拉伸一桥臂压缩时，则有△R1=△R，△R2=－△R，由式（4）可得U0.25UO(R/R)0.25UOKε]6)（c）当四个桥臂全接应变片时（称为全桥），（见图4），R1

6、=R2=R3=R4=R，都是工作臂，△R1=△R3=△R，△R2=△R4=－△R，则式（4）变为U0.25UO(R/R)0.25UOKε]7)此时电桥的输出比单臂工作时提高了四倍，比双臂工作时提高了二倍．（3）电桥的灵敏度电桥的灵敏度Su是单位电阻变化率所对应的输出电压的大小Su=U/(R/R)=0.25UO(R1/R1-R2/R2+R3/R3-R4/R4)/(R/R)8)令n=(R1/R1-R2/R2+R3/R3-R4/R4)/(R/R)9)则Su=0.25nUO10)式中，n为电桥的工作臂系数．由上式可知，电

7、桥的工作臂系数愈大，则电桥的灵敏度愈高，因此，测量时可利用电桥的加减特性来合理组桥，以增加n及测量灵敏度．3、电阻应变式传感的单臂电桥电路如图1-2所示，图中R1、R2、R3为固定，R为电阻应变片，输出电压U=EKε11）E---电桥转换系数：单臂E=U0/4半桥（双臂）E=U0/2全桥E=U04.由10）11）可知：Su、U均与电桥的工作臂数、Uo供桥电压成正比；但Uo供桥电压过大会使应变片的温度变大。'..R3+15VRP2R5+5VADV187R1R3R1RP12r6R4RPBER2OP07R2R3R44C

8、-15V电阻调零电桥差动放大器传感器图1-2电阻式传感器单臂电桥实验电路图四、实验步骤1、固定好位移台架，将电阻应变式传感器置于位移台架上，调节测微器使其指示15mm左右。将测微器装入位移台架上部的开口处，旋转测微器测杆使其与电阻应变式传感器的测杆适度旋紧，然后调节两个滚花螺母使电阻式应变传感器上的两个悬梁处于水平状态，两个滚花螺母固定在开口处上下两侧。2、实验箱上差动放