传感器实验邻臂差动电桥

**工学院实验报告书课程名称实验内容院系专业班级传感器与检测技术邻臂差动电桥--电子秤电子信息与电气工程学院电气工程及其自动化学生姓名学号实验内容.电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应。吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示式子中：P-电阻丝电阻率R=p△R=△1-△S+△P =(1+2u)e-Ap/p L一电阻丝长度SRispR s-电阻丝的截面积△/r-径向应变如图1-1所示当金属丝受外力作用时其长度和截面积都会发生变化，从上式中很容易看出其电阻值即会发生改变。假如金属丝受外力作用而伸长时其长度增加而截面积减少电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时长度减小而截面增加电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化通常是测量电阻两端的电压即可获得应变金属丝的应变情况。二．应变片式电阻传感器的测量电路--邻臂电桥应变片将物体应变£转化成电阻相应变化△R/R,为了能用电测仪器进行测量，还必须将△R/R进一步转化成电压或电流信号，于是我们用到电桥线路，根据电源的不同，可以将电桥分为直流电桥和交流电桥。由于实验室里直流低压电可以直接由试验箱获得，所以在这里只介绍直流电桥。另外，电阻具有热胀冷缩的特点，在生活当中，温度是不恒定的所以电路设计时应当排除温度干扰。单臂电桥灵敏度底并且没有抗温度干扰能力，对其加以改进后便有了灵敏度高抗温度干扰的邻臂电桥，如图2-1所示；— r~7i—-图2-1邻臂电桥电路图电桥线路如图2-1所示输入5V直流电，R1,R2,R3及R4为电桥的桥臂，R3,R4为应变片。当I=0时，称为电桥平衡，平衡条件为RJR2=R3/R4或吧二R2/R上述可以表示为电桥两邻臂电阻的阻值相等，或相对两臂电阻的乘积相等。三．放大电路原理图图3-1电子秤--邻臂电桥测量电路图如图3-1所示，电子秤--邻臂电桥测量电路由邻臂电桥，差动放大电路二级放大电路以及电平移动电路共同组成。差动放大电路，差动放大电路又叫差分电路，他不仅能有效的放大直流信号，而且能有效的减小由于电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移，因而获得广泛的应用。特别是大量的应用于集成运放电路，他常被用作多级放大器的前置级。基本差动放大电路由两个完全对称的共发射极单管放大电路组成，通过二者之差，干扰信号的有效输入为零，这就达到了抗共模干扰的目的。该电路对应变片的电信号进行了两级放大，第一级放大在放大的同时，有效的减小由于电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移，增强了系统的稳定性。经过二级放大后下级电平移动电路用来提升一输入信号的电压电平，其包括一分压电路以及一缓冲电路。这样就输出了有效的电压。四．实验步骤准备实验器材（传感器实验模块，砝码，连接线）。检查设备（配电柜是否通电，电压表是否能正常工作，器材是否完整正常）按照电路图连接线路。检查线路是否有误。通电实验。记录数据。五．调试过程五．用导线将A,B两点短接，使放大器输入端为0。打开直流电压表，调到最大档位。把放大器的输入端接到电压表上，接通放大器电源。调节sw3滑动变阻器，使电压表显示的数值为0。减小量程依次调节，在最小量程时示数为0时停止调节。（把电压表量程调到最大，便于下次测量，并且能够防止超量程损坏电路）。去除AB两点间的导线，并把电桥的输出端分别接在AB两点。接通电桥电源，从大量程到小量程依次调节SW1至电压表示数为0。放砝码，记录数据。实验结果依次添加砝码时得到下表；表6-1砝码个数与电压示数关系表砝码个数（3g/个）012345电压表示数（mv）00.61.201.812.423.01根据这些数据绘制下表6-2

进行逆程实验数据得到下表：表6-3砝码个数与电压示数关系表砝码个数（3g/个）543210电压表示数（mv）3.012.431.91.650.620根据表6-3绘制了下图6-4：图6-4逆程重量与电压大小关系图七．结果分析：设函数y=kx+b,其中砝码重量为x,电压变化为y代入表1.3中的正程数据0.6=3k+b2.42=12k+b3.01=15k+b化简得1.82=9knk=0.2于是函数y=0.2x同上,根据表1.4中的数据列出逆程数据方程3.01=15k+b1.90=9k+b0.62=3k+b化简后解得函数y=0.2x通过观察比较,图6-2中坐标点在函数线上下附近位置,有较好的线性。图6-4中大部分坐标点坐落于函数上侧位置,偏离函数图像位置比较远,有明显的迟滞现象。综上可得到一个压力与电压的线性方程y=0.2x。如图所示，并不是所有的点都在函数图像上，结果有一定的误差。在实验归纳及线性化中为了得到较好的线性函数,最适合用最小二乘法来模拟数据原型，但是本次试验对于函数精度没有太大的要求，并且所求函数误差在实验允许范围内于是就无须用最小二乘法，当然，如果需要提高模拟数据的准确性可以采用这类方法，在此不再赘述此问题。八．实验感悟本人在本次试验开始时对于试验模块上应变片的位置及其电路连接方式理解不太清晰，后来在马*老师的讲解及指导下理解了元器件功能以及电路各部分之间的联系，使我茅塞顿开。这为接下来的实验做了很好的铺垫。由于电阻对温度很敏感，在桥臂，放大电路的调零过程中遇到了麻烦，灵敏的滑动变阻器对手的温度也有感知，阻值不稳定，这导致了电路难以调零，但