2011年自 动 检 测 与 仪 表实验指导书.doc

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1、自动检测与仪表实验指导书北京服装学院自动化教研室目录实验一箔式应变片电桥性能测试1实验二箔式应变片的温度效应和应变电路的温度补偿6实验三箔式应变片与半导体应变片性能比较8实验四差动变压器性能测试9实验五铂电阻测温仪的设计与测试11实验一箔式应变片电桥性能测试一、实验目的1．观察箔式应变片的结构及粘贴方式。2．了解电阻应变式传感器、金属箔式应变电桥的工作原理。3．测试应变梁变形的应变输出，验证单臂、半桥、全桥的性能及相互间的关系。4．比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。二、实验原理本实验的传感元件是金属箔式应

2、变片，双平行梁的自由端因受测微头的作用力而产生弯曲变形，粘贴在梁上、下两面的电阻应变片也随之变形，引起应变片的电阻值发生变化，现将应变片组成适当的电桥，则电桥输出端的输出电压大小反应了应变电阻的变化大小，电桥输出电压V被放大，最后由数字电压表测出此电压，电压表示值反映了平行梁形变的大小。下图1所示为测量原理方框图。图1测量原理方框图电桥电路是最常用一种的非电量测量电路，当电桥平衡时（R1＝R2＝R3＝R4＝R），桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零。桥臂中四个电阻的相对变化分别为△R1／R1、△R2／R2、△R3／R3、△R4／R4，

3、当使用一个应变片接成单臂电桥时，；当使用两个应变片组成差动状态接成半桥电路工作时，；当使用四个应变片组成两个差动对接成全桥电路工作时，。根据戴维南定理可得出测试电桥的输出电压近似等于，电桥灵敏度，对应单臂、半桥和全桥电路的电压灵敏度分别为1/4·U、1/2·U和U。由此可知，当U和应变电阻相对变化一定时，电桥的输出电压及电压灵敏度与各桥臂的阻值大小无关。三、实验所需部件直流稳压电源（±4V）、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微仪、电压表。四、实验步骤1．调零。1）毫伏表调零。实验要使用设备上的毫伏表，首先将毫伏表输入端对地短路，开启

4、仪器电源，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。调零后关闭仪器电源。2）差动放大器调零。差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“＋、－”输入端用实验线对地短路。输出端接设备上的毫伏电压表（档位为500mV，50mV，5mV，实际使用的是前两档，档位应放在实际使用档位），开启仪器电源，同时开关K1（电桥左下脚）处于“开”（向上，目的是给差动放大器提供±15V电源，使其工作。）状态，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。调零后电位器位置不要变化

5、。2．单臂电桥电路测试：1）按下图2将实验部件用实验线连接成单臂测试桥路。桥路中R1为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片），R为桥路精密电阻（R=351Ω），r和WD为电桥预调平衡电阻网络。直流激励电源为±4V。2）调节测微仪（装于悬臂梁前端的永久磁钢上）使应变梁处于目测水平位置,X=8.000毫米处（以此作为后续测量的相对零点）。3）确认接线无误后将稳压电源选择开关拨至±4V档，开启仪器电源预热数分钟。打开开关K1，调整电桥WD电位器，使测试系统输出为零。4）向上和向下旋动测微仪，使双平行梁自由端产生位移ΔX，每隔0.5mm，记

6、录毫伏表相应的测量格数，填入表格1；在水平位置（此时毫伏表读数为0）上下各测8个点，中间过8.000mm时再调WD使数字电压表读数为0。5）对表中所测数据进行处理，计算灵敏度S（＝△V／△X）。3．半臂电桥电路测试：1）按下图3将实验部件用实验线连接成半臂测试桥路。桥路中R1为上梁应变片，R2为下梁应变片，R为桥路精密电阻（R=351Ω），r和WD为电桥预调平衡电阻网络。直流激励电源为±4V。2）重复2中的2）、3）、4）、5）步骤。4．全臂电桥电路测试：1）按下图4将实验部件用实验线连接成全臂测试桥路。桥路中R1、R4为上梁应变片

7、，R2、R3为下梁应变片，R为桥路精密电阻（R=351Ω），r和WD为电桥预调平衡电阻网络。直流激励电源为±4V。2）重复2中的2）、3）、4）、5）步骤。5.在同一坐标上描出单臂、半桥和全桥的V-ΔX曲线，比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。做S全桥、S半桥、S单臂须在同一台仪器上进行，以便比较。6．根据表1结果，利用最小二乘法求拟合曲线V=S*（ΔX）+b。表1：箔式应变片电桥性能测试实验数据记录表单臂电桥电路测试：悬臂梁向下运动时（顺时针）毫伏表量程mVΔX位移mm0.5001.0001.5002.0002.5003.00

8、03.5004.000测量电压格数电压V灵敏度S=b=悬臂梁向上运动时（逆时针）毫伏表量程mVΔX位移mm0.5001.0001.5002.0002.5003.0003.5004.000测量格数电压V灵敏度S=b=半臂电桥电路测试：悬