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1、精品学习资源试验二 电桥测试1电阻式传感器的单臂电桥性能试验一、试验目的1、明白电阻应变式传感器的基本结构与使用方法；2、把握电阻应变式传感器放大电路的调试方法；3、把握单臂电桥电路的工作原理和性能；二、试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、试验原理及电路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，最大测量范畴为 3mm ；23+5VRR14RR51外壳2电阻应变片3测杆4等截面悬臂梁5面板接线图图 1-1电阻应变式传感器2、电阻丝在外
2、力作用下发生气械变形时，其阻值发生变化，这就是电阻应变效应，其关系为： R/ R K L/ L=K ， R 为电阻丝变化值， 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；欢迎下载精品学习资源1 dK S12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 K s 取 2；本试验采纳直流电桥来测量金属应变片的工作特性；3. 电桥的工作原理和特性1电桥的工作原理图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UBD=UB
3、C+UCD=UOR3/R 3+R4-R 2/R 1+R21由式 1可知，当电桥输出电压为零时电桥处于平稳状态为保证测量的精确性，在实测之前应使 电桥平稳 称为预调平稳2电桥的加减特性电桥的四个桥臂都由应变片组成， 就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肯定而且 RiRi时，d U=U/ R1 d R1+U/ R2 dR2+U/ R3 dR3+U/ R4 dR42其中UU BD对于全等臂电桥， R1 =R2=R3=R4=R，各桥臂应变片灵敏系数 K相同，上式可简化为d UOd R1 / R1- d R2 / R2+ d R
4、3 / R3- d R4 / R4 3当 RiR 时，此时可用电压输出增量式表示U=0.25 UO R1 / R1-R2 / R2+R3 / R3-R4 / R44式4为电桥转换原理的一般形式，现争论如下：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+R，其余各臂为固定电阻 RR2=R3=R4=0，就式4变为U=0.25 U O R / R= 0.25 UOK5b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R1、R2为工作臂，且工作时有电阻增量R1、R2，而R3和R4臂为固定电阻 R R3 = R4=0当两桥臂电阻同时拉伸或同时压缩时， 就
5、有R1= R2=R，由式4可得 U=0当欢迎下载精品学习资源一桥臂电阻拉伸一桥臂压缩时，就有 R1= R， R2= R，由式 4可得U0.25 UO R / R0.25 UO K6c当四个桥臂全接应变片时称为全桥，见图4， R1=R2=R3=R4=R， 都是工作臂， R1= R3 = R， R2=R4= R，就式 4变为U0.25 UO R / R0.25 UO K7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= 0.25 UO R1 / R1-R2 / R2+R3 / R3-R4 / R4
6、/ R/ R8令 n= R1 / R1-R2 / R2+R3 / R3-R4 / R4/ R/ R9就Su=0.25n UO10式中， n 为电桥的工作臂系数由上式可知，电桥的工作臂系数愈大，就电桥的灵敏度愈高，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 1-2 所示，图中 R1、R2、R3为固定， R为电阻应变片，输出电压U=EK11E-电桥转换系数：单臂 E= U0/4半桥双臂 E= U 0/2全桥 E= U04. 由 1011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
7、；欢迎下载精品学习资源R3欢迎下载精品学习资源+5VADRP2+15VR5V欢迎下载精品学习资源R1R3rR121876R4RP1欢迎下载精品学习资源RPB ER2OP07欢迎下载精品学习资源R2RC3R44-15V欢迎下载精品学习资源调零电桥电 阻传感器差动放大器欢迎下载精品学习资源图 1-2 电阻式传感器单臂电桥试验电路图四、试验步骤1、固定好位移台架，将电阻应变式传感器置于位移台架上，调剂测微器使 其指示 15mm 左右；将测微器装入位移台架上部的开口处，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， 然后调剂两个滚花螺母使电阻式应变传感器上的两个悬梁处于水平状态，两个滚花螺母固定
8、在开口处上下两侧；2、试验箱上差动放大器试验台内部已连接15V，；将差动放大器放大倍数电位器 RP1 旋钮试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 档按键试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 旋钮不再调剂，依据试验适当调剂增益电位器 RP1；4、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
9、成单臂电桥形式；5、调剂平稳电位器 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 1-1Xmm-2.52.5UOmV五、试验报告欢迎下载精品学习资源1、依据表 1-1 中的试验数据，画出输入 / 输出特性曲线 UO算灵敏度和非线性误差；f X ，并且计欢迎下载精品学习资源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于什么？3、分析电桥测量电阻式传感器特性时存在非线性误差的缘由；2 电阻式传感器的全桥性能试验一、试验目
10、的把握全桥电路的工作原理和性能；二、试验所用单元同上；三、试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；试验电路图见图 3-1 ，全桥的输出电压U=EK四、试验步骤1、按试验一的试验步骤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，留意相邻桥臂的应变片电阻受力方向必需相反；R3RP2+15V+5VR5VRR187rR12RP1PR6R42OP07RR3R44调零电桥电 阻传感器-15V差动放大器R欢迎下载精品学习资源图 3-1 电阻式传感器全桥试验电路3、调剂平稳电位器 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，此时测微器的读数视为系统零位；分别上旋和下旋测微器，每次，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 3-1XmmUOmV-22五、试验报告欢迎下载精品学习资源1、依据表 3-1 ，画出输入 / 输出特性曲线 UO线性误差；f X ，并且运算灵敏度和非欢迎下载精品学习资源2、全桥测量时，四个应变片电阻是否必需全部一样？欢迎下载