1实验(一)金属箔式应变片性能-单臂电桥.doc

电子信息工程学系实验报告 成 绩：课程名称：传感器与检测技术 指导教师（签名）：实验项目名称：实验（一）金属箔式应变片性能-单臂电桥 时间：2011.09.09 班级：测控091 姓名：陈云 学号：910707153 实 验 目 的: 了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。实 验 环 境:CSY-910型传感器实验仪：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁、测微头、一片应变片、F/V表、主、副电源。实 验 内 容 及 过 程: 1、实验原理应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻也随之发生相应的变化，通过测量电路，转换成电信号输出显示。电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻Rl、R2、R3、R4中，设桥臂四个电阻的阻值和变化量相同，即：R1=R2=R3=R4=R，R1=R2=R3=R4=R。电阻的相对变化率分别为Rl/Rl、R2/R2、R3/R3、R4/R4，当使用一个应变片时，为单臂电桥，总的变化率为 RR/R；当两个应变片组成差动半桥状态工作时，总的变化率为R2R/R；用四个应变片组成差动全桥工作时，总的变化率为R4R/R.。由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。2、旋钮初始位置直流稳压电源打到2V档，F/V表打到2V档，差动放大增益最大。3、实验步骤(1)了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节；电阻r下方的电位器是W1，其调节旋钮位于左边，电容C上方的电位器是W2，其调节旋钮位于右边。(2)将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正()、负()与地短接。将差动放大器的输出端与F/V表的输入插口Vi相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置（顺时针旋到底），然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零，关闭主、副电源，撤去各连接导线。(3)根据图接线。Rl、R2、R3为电桥单元的固定电阻；Rx=R4为应变片。将稳压电源的切换开关置4V档，F/V表置20V档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的Wl，使F/V表显示为零，然后将F/V表置2V档，再调电桥W1(慢慢地调)，使F/V表显示为零。(4)安装调整测微头转动测微头上的调节旋钮，将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平等梁的自由端(与自由端磁钢吸合)，调节测微头支柱的高度(梁的自由端跟随变化)使平衡梁处于水平位置（目测），固定紧测微头支座的固定旋钮，防止测微头绕支座转动。开启主、副电源，调节电位器W1，当F/V表显示为零或小于2V时，将F/V表置2V档，再调节W1（慢慢地调），使F/V表显示为零(细调零)，这时的测微头刻度为零位的相应刻度。(5)往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下F/V表显示的值。往下或往上旋动测微头的调节旋钮，使梁的自由端产生位移。建议每旋动测微头一周（转过50小格）即X=0.5mm记一个数值填入下表：位移(mm)电压(mV)(6)据所得结果计算灵敏度s=V/X式中x为梁的自由端位移变化，V为相应F/V表显示的电压相应变化。(7)实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。实 验 结 果 及 分 析：本次实验取往下旋动测微头的调节旋钮，使梁的自由端产生位移。每次旋动测微头一周（转过50小格）即X=0.5mm记一个F/V表的电压数值填入下表：位移(mm)00.511.522.533.544.5电压(mV)4.10217.02830.17443.28656.71169.01583.53496.122109.305122.761根据所测得的实验数据结果计算单臂电桥的灵敏度，即根据灵敏度公式s=V/X，式中x为梁的自由端位移变化，V为相应F/V表显示的电压相应变化，先将数据分别分4.5与2、4与1.5、3.5与1、3与0.5、2.5与0共5组，用逐差法计算灵敏度如下：S=(122.761-56.711)+(109.305-43.286)+(96.122-30.174)+(83.534-17.028)+(69.015-4.102)/(5*5*0.5)=25.355 V/m由本次的实验数据可看出，数据几乎是成13递增的一组等差数列，满足电臂电桥的线性关系，并且计算得单臂电桥的灵敏度为 25.355 V/m，排除掉其他因素的干扰影响外，本次试验还算成功，原理得到了验证。实 验 心 得：经过此次的实验，让我们了解金属箔式应变片，以及单臂单桥的工作原理和工作情况。得知应变片在一定的区间范围内的形变与电压成线性关系，并可以计算出相应电桥的灵敏度，为以后的应用打下理论和实践基础。思考题：(1)本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求?答：本实验要求直流稳压电源能够做到精准稳定可靠地工作，为电桥、运放以及电压表提供稳定的电压，最大限度地减少了由于电压不稳问题所引起的误差，使实验得到的数据能都尽量的准确客观地反映实际情况；对运放则要求其输入阻抗要高，放大倍数大。使电阻应变片所引起的微弱信号得以有效地放大，从而得到有效的实验数据。(2)根据差动放大器电路原理图，分析其工作原理，说明它既能作差动放大，又可作同相或反相放大器。答：运放取电桥两臂中间的电压相对变化值来放大，由此来反映电阻应变片的是阻值变化情况，并在实验一开始可以通过电位器W1来调整电桥的平衡，当把W1的调到使电桥平衡，当实验只用一片电阻应变片构成单臂电桥时，此时运放工作在同向或反向放大的状态，当使用两片电阻应变片时，组建成差动半桥，此时运放工作在差动放大状态，因此它既