电阻应变式传感器实验指导书

实验一 金属箔式应变片-单臂电桥、半桥、全桥性能比较实验

实验目的：了解金属箔片式应变片，验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系。

所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬梁称重传感器、砝码、应变片、F/V表、主、副电源。

实验原理与公式： （1）单臂电桥

平衡条件： R1R4 = R2R3

输出电压： U0?E4?

?R1R

灵敏度： （2）半桥

KU?E4平衡条件： R1R4 = R2R3 输出电压： U0?E2?

?R1R

灵敏度： （3）全桥

KU?E2平衡条件： R1R4 = R2R3 输出电压： U0?E灵敏度：

?R1R

KU?E旋钮初始位置：

直流稳压电源拨到2V档，F/V表拨到2V档，差动放大器增益旋钮调到最大。 实验步骤：

（1）了解所需单元、部件在实验仪上的位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下两片梁的外表面各贴两片应变片。

（2）差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、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；调节差动放大器的增益旋纽到最

大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零，然后关闭主、副电源。

（3）根据下图，R1、R2、R3为电桥的固定电阻；R4＝Rx为应变片。将稳压电源的切换开关置4v档，F/V表置20v。开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F/V表显示为零，等待数分钟后将F/V表置2v，再调节电桥W1（慢慢调）使F/V表显示为零。

（4）在传感器的托盘上放上一只砝码，记下此时的电压数值，然后每增加一只砝码记下一个数值并将这些数值填入下表。

表1

重量(g) 电压(mv) （5）保持放大器增益不变，将固定电阻R3换为与RX(R4)工作状态相反的另一应变片，即取两片受力方向不同的应变片，形成半桥，调节电桥的W1使F/V表显示为零，重复（4）过程同样测得读数，填入表2。

表2

重量(g) 电压(mv) （6）保持差动放大器增益不变，将R1，R2两个固定电阻换成两片受力应变片，组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反的原则即可，否则相互抵消没有输出电压。接成一个直流全桥，调节电桥的W1，同样使F/V表显示为零。重复（4）过程将读出数据填入表3。

表3

重量(g) 电压(mv)

（7）根据所得结果计算系统的灵敏度

?VS＝ , 在同一坐标纸上描出V—W曲线，?V为电压变化量，?W为相应的

?W重量变化量，并比较三种接法的灵敏度。

注意事项：

（1）实验仪器中电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一个标记，让学生组桥容易。

（2）做此实验时应将低频振荡器、音频振荡器的幅度调至最小，以减小其对直流电桥的影响。

（3）实验过程中，直流稳压电源输出不允许大于4V，以防应变片过热损坏。 （4）不能用手触及应变片及过度弯曲平行梁，以免应变片损坏。

（5）当加入砝码后电压表读数无变化时，一般是少接了两根线，即W1与＋4v的连线，W1与—4v的连线。

（6）当F/V表读数比标准值减少一半左右时，一般是直流稳压电源拨到＋2v档位，应拨到＋4v档位。

（7）在更换应变片时应将电源关闭。

（8）在实验过程中如发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。

（9）实验过程中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。

（10）接成全桥时请注意区别各应变片的工作状态方向。

（11）实验中用到所需单元时，则该单元上的有关电源开关应闭合，完成实验后应关闭所有开关及输出。

思考题：

（1）本实验电路对直流稳压电源有何要求？为什么？

（2）本实验电路对差动放大器有何要求？为什么？ （3）单臂电桥的非线性误差为多少？ （4）半桥的非线性误差为多少？ （5）全桥的非线性误差为多少？

附： r＝1K W1=W2=22K

C= 300P