传感与检测技术实验指导书新

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1、实验一应变片测量电桥特性分析一、实验目的1.掌握应变片的布片及接桥方法；2.了解应变片单臂、半桥、全桥的工作原理和工作特性；3.了解测试应变片单臂、半桥、全桥输出与输入电压之间的关系。二、实验原理应变片是一种将机械构件的应变转换为电阻值变化的变换元件，一般做成片状，简称为应变片。应变片按材料的不同有金属应变片和半导体应变片。应变片是最常用的测力敏感元件。当用应变片测力时，应变片应牢固地粘贴在测试体表面，当测试体受力发生变形时，应变片敏感栅的结构尺寸随之变化，其电阻值将产生相应的变化。通过应变片测量电桥，将应变片电阻值的变化转换成相应的电压输出。电桥电路是最常

2、用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡吋，桥路相对•臂电阻乘积相等，电桥输出电压为零。在桥臂四个电阻R】、&、R?、皿中，电阻的相对变化量分别为△R]/Ri、AR2/R2>△R3/R3、△R4/R4，桥路的输电压出与应变£=当_壓_塑+当成八&&&&正比。通常应变测量电桥都釆用等臂桥，此吋R1=R2=Rs=R4=R，aR1=-aR2=aR：f-aRf△R。当使用一个应变片接成单愕桥时，则有£=A/L；当使用二个应变片接成差动半桥时,RR则有£=沁；若用四个应变片接成差动全桥时，则有务=催ORRR根据电路分析可以得出：单愕测量电桥的输岀电压Uo=KUi£r/4

3、,差动半桥输出电压UO=KU.£r/2,差动全桥输出电压U（尸KUi珀；相应地单臂测暈电桥输岀电圧的灵敏度Ku=Uo/AR/R=Ui/4,差动半桥输出电压的灵敏度Ku=U（）/ZR/R=Ui/2,差动全桥输出电压的灵敏度KU=UO/AR/R=Uio由此可知,单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大;当Ui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、需用器件及单元实验台主控箱（±4V、±15V、电压表）、应变式传感器实验模板、托盘、祛码、4位半数显万用表。应变片托盘广固定螺丝/加热丝应变片图1—1应变式传感器安装示意图四、实

4、验内容与步骤（一）应变传感器实验模板电路调试及说明1.实验模板说明如图所示，应变式传感器已装丁•应变传感器模块上，传感器中各应变片Rl、R2、R3、R4Q接入图1—2所示实验电路的左上方，传感器中各应变片的静态值均为350实验时，当托盘加上法码示，应变片Rl、R3为承受拉应变，其阻值增加；应变片R2、R4承受压应变，其阻值减小；Rl、R2、R3、R4应变后阻值的人小可用万卅表测量。图1—2中R5、R6、R7为标准电阻，图中没有文字标记的5个电卩11符号下面是空的,其屮4个组成电桥模型是为实验者搭接差动半桥和全桥电路提供方便，图屮的黑粗线表示外接连线。1.实验

5、模板差动放大器调零图1—2中Rwl和Rw2为电桥调零电位器，Rw3和Rw4为羌动放人器调零电位器。由于测量电桥输出电压很小，实验时其输出需接高输入阻抗、高放大倍数的差动运算放人器。运算放人器投入测量放人工作之询，需要进行静态调零。调零的方法如下：（1）接入模板电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板上调零电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置（先逆时针旋到底,再顺时针旋转2圈）。（2）将弟放电路的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱血板上数显电压表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器Rw4,使数显表显示电压值为零（数显表的切

6、换开关打到2V档），完毕关闭主控箱电源。（二）应变片单臂电桥实验1.单臂电桥接线及调零参考图1—2接入应变片R1,作为一个桥臂，R1与R5、R6、R7（在模块内已连接好的标准电阻）接成应变片单臂测量电桥。接上桥路电源±4V（从主控箱引入），检查接线无谋后,合上主控箱电源开关，调节Rwl使数显表显示电压值为零。2.单臂电桥实验在应变传感器实验托盘上放置一只祛码，读取数显表显示的电压值；依次增加祛码并读取相应的数显电压值，记入表1.1屮。表1.1应变片单臂电桥实验数据表重量（g）20406080100120140160180200电压（mv）3.实验要求根据表1

7、.1记录的实验数据，画出加载实验曲线，计算应变片单臂测量电桥输出电压的灵敏度S=AU/Ag（AU输出电压变化量，Ag重量变化量）和非线性误差SfI=Am/yF..sX100%,式中Am为输出值（多次测虽时为平均值）与拟合直线的敲大偏差；yF・s满量程输出量（平均值）。实验完毕，关闭电源。（三）应变片半桥实验1.半桥接线及调零参考图1-3接线，应变片Rl、R2为一对差动电阻应变片（一为拉应变、一为压应变）,两应变片接于差动半桥的两相邻边上。保持实验步骤(二)电位器Rw3、Rw4不变，接入桥路电源±4V,调节Rwl,使数显表电压指示为零。R66CO丿加热器R2Q

8、-SOR1<3-^-04>薯接主控箱电源输出接主控箱