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1、 实验一 单臂电桥性能实验一、实验目的 了解金属箔式应变片单臂电桥的工作原理和工作状况。 二、所需器件及模块 1号金属箔式应变片传感器实验模块、 14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、 20克砝码10只、15V电源、2V电源、万用表（自备）。 三、基本原理：4VR1R4r+-电压表W1差放R2R34V图1电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应 变效应，描述电阻应变效应的关系式为： RRK 式中：RR 为电阻丝电阻相对 变化，K 为应变灵敏系数,=L/L 为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化
2、。电桥的作用完成电阻 电到压的比例变化， 电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压 Uo= EK /4。 四、实验步骤1 模块联合调零： 2 1、根据图（1-1）应变传感器已装于1号金属箔式应变片传感器模块上。传感器中各应变片R1、R2、R3、R4已接入模块的下方，K1开关应置于OFF状态。可用万用表进行测量判别，R1=R2= R3=R4=350。 2、根据图(1-1), IC1、IC2、IC4 组成第一级典型的三运放仪表放大器，整益G1=R24/R201+2R14/w1,其中 R16=R24=20K 、R18=R20=10K 、R14=R15=20K 、w1=10K 。w1 中
3、串接了200殴的电阻，也就是说当W1 为0时放大倍数为G1=1+40000/200=201 倍，W1 旋转一圈为1K，IC3是第二级反向放大器，整益G2=R22/R17 ，R22=51K 、R17=20K ，在 IC3 的“+”端通过 Rw2 、R27 接入正负电压调节放大器的零点，Rw2=10K 、R27=1K 。在应变式传感器的输出端通过 W3 、R11 接入4V 电压，调节应变式传感器由于 4 片应变片电阻不对称而引起的输出零点变化,w3=10K、R11=1K 。放大电路总整益G=G1*G2 。IC1、IC2、IC3、IC4的型号采用OP07 或741。 3、放大器调零：接入14号交直流
4、、全桥、测量、仪用放大实验模块15V电源，检查无误后，合上实验台电源开关，实验模块15V应灯亮，将14号交直流、全桥、测量、仪用放大实验模块增益电位器调节增益在合适的位置(右旋转到底再回2圈不到点，此时放大倍数G1约为20,电路总的放大倍数G=G1*G2=20*2.5=50，此时R14，R15之间的可调电位器总阻值约为2000殴)，也可以用输入小电压比如20mV,再调节增益，使输出为2000mV，使3 增益为100。将仪器放大器的正（Vin+）、负（Vin- ）输入端短接，再把输入端和地端连接，实验台面板上数显表外接输入端量程为0-2V，调节W2,使V02输出端显示为零,关闭实验台电源。 4、
5、电桥平衡调零：将1号金属箔式应变片传感器实验模块的其中一个应变片R1、R2、R3、R4（拨动开关为单臂方式）按图接入14号交直流、全桥、测量、仪用放大实验模块(1号模块+VIN接14号模块VIN+，1号模块-VIN接14号模块VIN-，VIN-接C点，A，B两点分别接到+4V，-4V)，电源电压4V（从实验台4V 引入或 14 号模块板上引入）。接线检查接线无误后，合上实验台电源开关。调节14号交直流、全桥、测量、仪用放大实验模块平衡电阻 W3，使数显表显示为零，（注意：当 W1、W2,W3 位置一旦确定，就不能改变。一直到做完实验为止） 具体见图1-1。 5、在秤盘上放一只10g砝码，读取数
6、显表数值，依增次加砝码和读取相应的数显表值，直到100g砝码加完。记下实验结果填入表1-1，关闭电源。 6、根据表1-1计算系统灵敏度SU/W(U 输出电压变化量，W重量变化量)和非线性误差：m/yFS100%式中m为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yFS满量程输出平均值，此处为100g（或500g）。 表1-1：单臂测量时，输出电压与负载重量的关系： 四、思考题单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用： （1）正（受拉）应变片 （2）负（受压）应变片 （3）正、负应变片均可以。 半桥性能实验一、实验目的 比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。 二、实验原理不同受力方向的两只
7、应变片如图1 -1中R1和R2或R3和R4接入电桥作为邻边。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U02EK/2。 三、所需器件及模块 1号金属箔式应变片传感器实验模块、14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、20g砝码10只、15V电源、2V电源、万用表（自备）。 四、实验步骤4 1、 传感器安装、调试同实验一，14 号交直流、全桥、测量、仪用放大实验模块调零及调平衡和实验一相同,保持放大器增益同上不变。 2、将电路的开关拨成半桥方式， R1、R2 为 1 号金属箔式应变片传感器实验模块上方的应变片为半桥，注意R2应和R1受力状态相反。R3和R4为
8、另一组组成的另外半桥。即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。1号金属箔式应变片传感器实验模块R1、R2作电桥的一半，然后在两端接4V直流电源,14号模块中接入 1 号仪器放大器 Vin+、Vin-,输入端再重新调整平衡电阻使输出为“0”，将实验数据记入表1-2，计算灵敏度S2U/W,非线性误差f2。 表1-2，半桥测量时，输出电压与负载重量的关系 五、思考题 1、 半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边（2）邻边。 5 2、 桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为： （1）电桥测量原理上存在非线性 （2）应变片应变效应是
9、非线性的 （3）调零值不是真正为零。 全桥性能实验一、实验目的 了解全桥测量电路的优点。 二、实验原理 全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边当应变片初始阻值：R1R2R3R4，其变化值 R1R2R3R4 时，其桥路输出电压 U03KE。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。 三、所需器件及模块 1号金属箔式应变片传感器实验模块、14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、20g砝码20只、15V电源、 4V电源、万用表（自备）。 四、实验步骤 6 1、 将1号金属箔式应变片传感器实验模块的开关拨成全桥方式，组成一个完整直流电桥。R1头和
10、R3头连接并接电源+4V，R2尾与R4尾已相连接电源-4V。连接见上图.电路调零及调平衡和实验一相同 2、 将14号交直流、全桥、测量、仪用放大实验模块接上电源15V，其差动放大输出端 V0 接数显表 0-2V 输入端，调节 W2 使数显表为 0.000V，W1 为增益调节电位器，保持和实验一、二相同增益，故不能调节。 3、 放一个10g砝码记录实验结果填入表中，直至100g砝码放完。然后进行灵敏度和非线性误差计算。 表1-3，全桥测量时,输出电压与负载重量的关系 五、思考题 1、全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1R3，R2R4，而R1R2时，是否可以组成全桥：（
11、1）可以 （2）不可以。 2、某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组变片，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。 实验二 直流全桥的应用电子秤实验一、实验目的 了解应变直流全桥的应用及电路的标定。 二、实验原理电子秤实验原理为实验三（全桥性能实验原理），通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成为一台原始电子秤。 三、所需器件及模块 1号金属箔式应变片传感器实验模板、14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、砝码6只。 四、实验步骤7 1、按实验三全桥性能实验的步骤， 14号交直流、全桥、测量、仪用放大实验模块W1放大倍数至合适位置，合上实验台电源开关，按实验一的方法对电路进行调零及调平衡处理(接线图见实验一） 2、将100克砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器W1使数显表显示为0.100V（2V档测量）或-0.200V。 3、拿去托盘上的所有砝码，调节电位器W2（零位调节）使数显表显示为0.000V。 4、重复2、3步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V改为重量纲g，就可以称重。成为一台原始的电子秤。 5、把砝码依次放在托盘上，记录下每次数据 6、根据上表，计算误差与非线性误差。 7、实验精度可做到0.5%，如做到1%实验也算成功。 注：此实验由学生自行独立搭建完成。8