实验二电桥测试实验

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，最大测量范围为土3mmol_l41外壳2一电阻应变片3一测杆35+5V4一等截面悬臂梁5一面板接线图图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

2、变化，这就是电阻应变效应，其关系为：R/R=KAL/L=K£,AR*电阻丝变化值,K为应变灵敏系数，£为电阻丝长度的相对变化量L/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。Ks(1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。电桥的工作原理和特性1电桥的工作原理K2宜流电桥原理图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UBE=UB(+Ub=UR3/(R3+R)-R2/(Ri+R)1由式1可知，当

3、电桥输出电压为零时电桥处丁平衡状态.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-定而且Ri<<Ri时，dU=(U/Ri)dRi+(U/R2)dR2+(U/R3)dR3+(U/R4)dR42)其中UUBD.对丁全等臂电桥，Ri=R2=R3=R4=R，各桥臂应变片灵敏系数K相同，上式可简化为dUO(dR1/Ri-dR2/R2+dR3/R3-dR4/R4)3当Ri<<R时，此时可用电压输出增量式表示U=0

4、.25Uo(R1/Ri-R2/R2+R3/R3-R4/R4)4式4为电桥转换原理的一般形式，现讨论如下：a当只有一个桥臂接应变片时称为单臂电桥，桥臂R1为工作臂，且工作时电阻由R变为R+AR,其余各臂为固定电阻RR2=AR3=AR4=0，则式4变为U=0.25Uo(R/R)=0.25UoK£5b假设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R、R2为工作臂，且工作时有电阻增量R、R,而R3和R4臂为固定电阻RR3=R4=0两桥臂电阻同时拉伸或同时压缩时，则有RiAR2=AR,由式4可得U=0.当一桥臂电阻拉伸一桥臂压缩时，则有Ri=AR,R2=一R,由式4可得U0.25U

5、o(R/R)0.25UoK6)图3两个相邻臂1作的电桥c当四个桥臂全接应变片时称为全桥,见图4,Ri=R2=R3=R4=R,都是工作臂，Ri=AR3=AR,R2=AR4=R,则式4变为U0.25Uo(R/R)0.25UoK7)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.图4全臂匚作的电桥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(Ri/Ri-R2/R2+R3/R3-R4/R4)/(R/R)8)令n=(Ri/Ri-R2/R2+R3/R3-R4/R4)/(R/R)9)则Su=0.25nUoi0)式中，n为电桥的工作臂系数

6、.由上式可知，电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i-2所示，图中Ri、R2、R3为固定，R为电阻应变片，输出电压U=EKeii3. E-电桥转换系数：单臂E=U0/4半桥双臂E=U0/2全桥E=U0由i0ii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。R5差动放大器RPi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丁位移台架上，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

7、，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丁水平状态，两个滚花螺母固定在开口处上下两侧。2、实验箱上差动放大器实验台内部已连接土15V，；将差动放大器放大倍数电位器RP1旋钮实验台为增益旋钮逆时针旋到终端位置。3、用导线将差动放大器的正负输入端连接，再将其输出端接到数字电压表的输入端；按下面板上电压量程转换开关的20V档按键实验台为将电压量程拨到20V档；接通电源开关，旋动放大器的调零电位器RP2旋钮，使电压表指示向零趋近，然后换到2V量程，旋动调零电位器RP2旋钮使电压表指示为零；此后调零电位器RP2旋钮不再调节，根据实验适当调

8、节增益电位器RP1o4、按图1-2接线，R1、R2、R3电阻传感器部分固定电阻与一个的应变片构成单臂电桥形式。5、调节平衡电位器RP,使数字电压表指示接近零，然后旋动测微器使电压表指示为零，此时测微器的读数视为系统零位。分别上旋和下旋测微器，每次mm,上下各2mm，将位移量X和对应的输出电压值Uo记入下表中。表1-1X(mm)-2.52.5Uo(mV)五、实验报告1、根据表1-1中的实验数据，画出输入/输出特性曲线Uof(X),并且计算灵敏度和非线性误差。2、传感器的输入电压能否从+5V提高到+10V?输入电压的大小取决丁什么？3、分析电桥测量电阻式传感器特性时存在非线性误差的原因。2电阻式传

9、感器的全桥性能实验一、实验目的掌握全桥电路的工作原理和性能。二、实验所用单元同上。三、实验原理及电路将四个应变片电阻分别接入电桥的四个桥臂，两相邻的应变片电阻的受力方向不同，组成全桥形式的测量电路，转换电路的输出灵敏度进一步提高，非线性得到改善。实验电路图见图3-1,全桥的输出电压U=EKe四、实验步骤1、按实验一的实验步骤1至3进行操作。2、按图3-1接线，将四个应变片接入电桥中，注意相邻桥臂的应变片电阻受力方向必须相反。+5V+15VRP2rRP1r1工O-15VI电阻传感器差动放大器11调零电桥图3-1电阻式传感器全桥实验电路3、调节平衡电位器RP,使数字电压表指示接近零，然后旋动测微器使表头指示为零，此时测微器