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1、电子信息工程学系实验报告电子信息工程学系实验报告课程名称:传感器与检测技术课程名称:传感器与检测技术成绩:实验项目名称:实验项目名称:实验(一)实验(一)金属箔式应变片性能金属箔式应变片性能-单臂电桥单臂电桥时间:时间:2011.09.092011.09.09指导教师(签名):班级:测控班级:测控 091091姓名:陈云姓名:陈云学号:学号:910707153910707153实实 验验 目目 的的:了解金属箔式应变片,单臂单桥的工作原理和工作情况。实实 验验 环环 境境: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。实实 验
2、验 内内 容容 及及 过过 程程:1 1、实验原理、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
3、;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 2、旋钮初始位置、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。第 1 页 共 3 页3 3、实验步骤、实验步骤(1)(1)了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置了解所需单元、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
4、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)(2)将差动放大器调零: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)(3)根据图接线。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
5、 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)(4)安装调整测微头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)(5)往下或往上旋动测微头,使梁的自
6、由端产生位移记下往下或往上旋动测微头,使梁的自由端产生位移记下 F/VF/V 表显示的值。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)(6)据所得结果计算灵敏度据所得结果计算灵敏度 s=s=V/V/X 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)(7)实验完毕,关闭主、副电源,所有旋钮转到初始位置。实验完毕,关闭主、副电源,所有旋钮转到初始位置。实实 验验 结结 果果 及及 分分 析:析:本次实验取往下旋动测微头的调节旋钮,使梁的自
7、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)电压(mV)00.511.522.533.544.54.102 17.028 30.174 43.286 56.711 69.015 83.534 96.122 109.305122.761第 2 页 共 3 页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=s=V/V/X 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
8、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。实实 验验 心心 得: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
9、的灵敏度,为以后的应用打下理论和实践基础。思考题: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,因此它既能作差动放大,又可作同相或反相放大器。附附 录:录:注意事项注意事项(1)电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在,仅作为一标记,让学生组桥容易。(2)做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小,以减小其对直流电桥的影响。(3)Wl、W2 是电位器。第 3 页 共 3 页
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