實(shí)驗(yàn)二電橋測(cè)試實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)二電橋測(cè)試(1)電阻式傳感器的單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解電阻應(yīng)變式傳感器的基本結(jié)構(gòu)與使用方法。2、掌握電阻應(yīng)變式傳感器放大電路的調(diào)試方法。3、掌握單臂電橋電路的工作原理和性能。二、實(shí)驗(yàn)所用單元電阻應(yīng)變式傳感器、調(diào)零電橋，差動(dòng)放大器板、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、位移臺(tái) 架。三、實(shí)驗(yàn)原理及電路1、電阻應(yīng)變式傳感如圖1-1所示。傳感器的主要部分是上、下兩個(gè)懸臂梁，四個(gè)電阻應(yīng) 變片貼在梁的根部，可組成單臂、(雙臂)半橋與全橋電路，最大測(cè)量范圍為土 3mm。144等截而懸臂梁 5而板接線圖5圖11電阻應(yīng)變式傳感器2、電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，其關(guān)

2、系為： R/ R二KA L/ L=K , A R為電阻絲變化值，K為應(yīng)變靈敏系 數(shù)，&為電阻絲長(zhǎng)度的相對(duì)變化量厶L/Lo通過(guò)施加外力引起應(yīng)變片變形，測(cè)量電路將電阻變 化轉(zhuǎn)換為電流或電壓的變化。Ks (12 )對(duì)于金屬應(yīng)變片，Ks主要取決于式中的第一項(xiàng)。金屬的泊松比通常在0.3左右，對(duì)于大多數(shù)金屬Ks取2o本實(shí)驗(yàn)采用直流電橋來(lái)測(cè)量金屬應(yīng)變片的工作特性。3. 電橋的工作原理和特性(1) 電橋的工作原理Uo圖2是一個(gè)直流電橋A、C端接直流電源，稱供橋端，Uo稱供橋電壓；B、D端接測(cè)量?jī)x 器，稱輸出端UBe=UB (+UC=U R3/ (R 3+R) -R 2/ (R I+R) 1)由式(1)可知，當(dāng)

3、電橋輸出電壓為零時(shí)電橋處于平衡狀態(tài)為保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，在實(shí)測(cè) 之前應(yīng)使電橋平衡(稱為預(yù)調(diào)平衡).(2) 電橋的加減特性電橋的四個(gè)橋臂都由應(yīng)變片組成，則工作時(shí)各橋臂的電阻狀態(tài)都將發(fā)生變化(電阻拉伸 時(shí)，阻值增加；電阻壓縮時(shí)，阻值減小),電橋也將有電壓輸出當(dāng)供 橋電壓一定而且厶 RiVVRi 時(shí)，d U二(U/ Ri) d Ri+( U/ R2)dR2+( U/ R3)dR3+( U/ R dR42)其中U U BD對(duì)于全等臂電橋，Ri二R2二R3二R4二R,各橋臂應(yīng)變片靈敏系數(shù)K相同，上式可簡(jiǎn)化為 d U二0. 25U o(d R1 / Ri- d R2 / R2+ d R3 / R3- d R

4、4 / R4)3)當(dāng)八RivvR時(shí)，此時(shí)可用電壓輸出增量式表示U二0. 25 Uo ( RI / RI- R2 / R2+ R3 / R3- R4 / R4)4)式(4)為電橋轉(zhuǎn)換原理的一般形式，現(xiàn)討論如下：(a) 當(dāng)只有一個(gè)橋臂接應(yīng)變片時(shí)(稱為單臂電橋)，橋臂R1為工作臂，且工作時(shí)電阻 由R變?yōu)镽+AR,其余各臂為固定電阻R (A R2R3R4二0),則 式(4)變?yōu)閁=0. 25 Uo ( R / R)二 0. 25 UoK 5)(b) 若兩個(gè)相鄰臂接應(yīng)變片時(shí)(稱為雙臂電橋，即半橋)，(見(jiàn)圖3)即橋臂Ri、R2為工作臂，且工作時(shí)有電阻增量4 R1、 R2,而R3和R4臂為固定電阻R(R3二

5、 R4-0 )當(dāng) 兩橋臂電阻同時(shí)拉伸或同時(shí)壓縮時(shí)，則有4 R1二 R2R,由式(4)可得 U二0 當(dāng)一橋臂電阻拉伸一橋臂壓縮時(shí)，則有 R1二AR, R2二一AR,由式(4)可得U 0.25 Uo ( R / R)0.25 Uo K i6)圖3兩個(gè)相鄰臂匸作的膜橋(C)當(dāng)四個(gè)橋臂全接應(yīng)變片時(shí)(稱為全橋)，(見(jiàn)圖4) , R1二R2二R3二R4二R,都是工作臂，4 R1=A R3二 R, R2二A R4二A R,則式(4)變?yōu)閁 0.25 Uo ( R / R) 0.25 Uo K 7)此時(shí)電橋的輸出比單臂工作時(shí)提高了四倍，比雙臂工作時(shí)提高了二倍.圖4全碎口 i：的(3) 電橋的靈敏度電橋的靈敏度

6、SU是單位電阻變化率所對(duì)應(yīng)的輸出電壓的大小Su二 U/( R/ R)二 0. 25 Uo ( R1 / R1- R2 / R2+ R3 / R3- R4 / R4)/ (令 n=( R1 / R1- R2 / R2+ R3 / R3- R4 / R4)/ ( R/ R)R/ R) 8)9)則 Su=0. 25n Uo式中，n為電橋的工作臂系數(shù).10)由上式可知，電橋的工作臂系數(shù)愈大，則電橋的靈敏度愈高，的因此，測(cè)量時(shí)可利用電橋加減特性來(lái)合理組橋，以增加n及測(cè)量靈敏度.3、電阻應(yīng)變式傳感的單臂電橋電路如圖1-2所示，圖中R1、R2、R3為固定，R為 電阻應(yīng)變片，輸出電壓U二EK11)E-電橋轉(zhuǎn)換

7、系數(shù)：?jiǎn)伪跡二Uo/4半橋(雙臂)E二Uo/2全橋E二Uo4. 由10) 11)可知：Su、U均與電橋的工作臂數(shù)、Uo供橋電壓成正比；但Uo供橋電壓過(guò)大 會(huì)使應(yīng)變片的溫度變大。R3.+15V+5VRPIR2匕R2nRP20P07J RP14 I iCfe阻I調(diào)零電橋I電阻I調(diào)零電橋I朗傳感器IT 0-15V差動(dòng)放大器圖1-2電阻式傳感器單臂電橋?qū)嶒?yàn)電路圖四、實(shí)驗(yàn)步驟1、固定好位移臺(tái)架，將電阻應(yīng)變式傳感器置于位移臺(tái)架上，調(diào)節(jié)測(cè)微器使 其指示 15mm左右。將測(cè)微器裝入位移臺(tái)架上部的開(kāi)口處，旋轉(zhuǎn)測(cè)微器測(cè)桿使 其與電阻應(yīng)變式傳感器的 測(cè)桿適度旋緊，然后調(diào)節(jié)兩個(gè)滾花螺母使電阻式應(yīng)變傳 感器上的兩個(gè)懸梁

8、處于水平狀態(tài)，兩個(gè) 滾花螺母固定在開(kāi)口處上下兩側(cè)。2、實(shí)驗(yàn)箱上差動(dòng)放大器（實(shí)驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部已連接土 15V）,:將差動(dòng)放大器放大逆時(shí)針旋到 倍數(shù)電位器RPi旋鈕（實(shí)驗(yàn)臺(tái)為增益旋鈕）終端位置。3、用導(dǎo)線將差動(dòng)放大器的正負(fù)輸入端的輸入 連接，再將其輸出端接到數(shù)字電壓表端；按下面板上電壓量程轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的撥到20V20V檔按鍵（實(shí)驗(yàn)臺(tái)為將電壓量程檔）；接通電源開(kāi)關(guān)，旋動(dòng)放大器的調(diào)零電位器示RP少旋鈕 使申斥表指向零趨近，然后換到2V量程，旋動(dòng)調(diào)零電位器RP2旋鈕使電壓表指示為零；此后調(diào)零電位器RP2旋鈕不再調(diào)節(jié)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)適當(dāng)調(diào)節(jié)增益電位器RPi 04、按圖1-2接線，Ri、R2、R3 （電阻傳感器部分固定電阻

9、）與一個(gè)的應(yīng)變片構(gòu)成單臂 電橋形式。5、調(diào)節(jié)平衡電位器RP,使數(shù)字電壓表指示接近零，然后旋動(dòng)測(cè)微器使電壓 表指示為零， 此時(shí)測(cè)微器的讀數(shù)視為系統(tǒng)零位。分別上旋和下旋測(cè)微器，每次0. 5mm,上下各2mm,將位移量 X和對(duì)應(yīng)的輸岀電壓值Uo記入下表中。表1-1X(mm)-0.5-1.0-1. 5-2. 0-2. 50. 51.01.52.02. 5Uo(mV)五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、根據(jù)表1-1中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫(huà)岀輸入/輸出特性曲線Uo f (X),并且計(jì) 算靈敏度和非線 性誤差。2、傳感器的輸入電壓能否從+ 5V提高到+ 10V ?輸入電壓的大小取決于什么？3、分析電橋測(cè)量電阻式傳感器特性時(shí)存在非線性誤

10、差的原因。(2)電阻式傳感器的全橋性能實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆杖珮螂娐返墓ぷ髟砗托阅堋６?、?shí)驗(yàn)所用單元同上。三、實(shí)驗(yàn)原理及電路將四個(gè)應(yīng)變片電阻分別接入電橋的四個(gè)橋臂，兩相鄰的應(yīng)變片電阻的受力方向不同，組 成全橋形式的測(cè)量電路，轉(zhuǎn)換電路的輸出靈敏度進(jìn)一步提高，非線性 得到改善。實(shí)驗(yàn)電路圖見(jiàn) 圖3-1,全橋的輸出電壓U二EK四、實(shí)驗(yàn)步驟1、按實(shí)驗(yàn)一的實(shí)驗(yàn)步驟1至3進(jìn)行操作。2、按圖3-1接線，將四個(gè)應(yīng)變片接入電橋中，注意相鄰橋臂的應(yīng)變片電阻受力方向必須 相反。R3+5V.+15V RP2RPI Jr (r IltR tR I40 IR1IT0P0741 -15V差動(dòng)放大器調(diào)零電橋I電感阻圖3-1電阻式傳感器全橋?qū)嶒?yàn)電路3、調(diào)節(jié)平衡電位器RP,使數(shù)字電壓表指示接近零，然后旋動(dòng)測(cè)微器使表頭指示為零，此 時(shí)測(cè)微器的讀數(shù)視為系統(tǒng)零位。分別上旋和下旋測(cè)微器