实验一单臂半桥全桥电桥性能实验实验二直流全桥的应用.docx
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实验一单臂半桥全桥电桥性能实验实验二直流全桥的应用
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肄实验一单臂电桥性能实验
膄一、实验目的
羁了解金属箔式应变片单臂电桥的工作原理和工作状况。
聿二、所需器件及模块
袄1号金属箔式应变片传感器实验模块、
羂14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、
聿20克砝码10只、±15V电源、±2V电源、万用表(自备)。
葿三、基本原理:
薅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
肃变效应,描述电阻应变效应的关系式为:
R/R=Kε式中:
R/R为电阻丝电阻相
对
莁变化,K为应变灵敏系数,ε=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、
羈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。
电桥的作用完成电阻
芅到电压的比例变化,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
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膄ε/4。
薀四、实验步骤
莇
模块联合调零:
肅
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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。
羂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/R20[1+2R14/w1],其中R16=R24=20K、R18=R20=10K、R14=R15=20K、w1=10K。
w1中串接了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。
袂3、放大器调零:
接入14号交直流、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指示灯应亮,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
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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。
螇4、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。
螆5、在秤盘上放一只10g砝码,读取数显表数值,依次增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。
羃6、根据表1-1计算系统灵敏度S=U/W(U输出电压变化量,W重量变化量)
和非线性误差:
δ=m/yF·S×100%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:
yF·S满量程输出平均值,此处为100g(或500g)。
羁表1-1:
单臂测量时,输出电压与负载重量的关系:
芆四、思考题
薆单臂电桥时,作为桥臂电阻应变片应选用:
肄
(1)正(受拉)应变片
(2)负(受压)应变片
聿(3)正、负应变片均可以。
袀半桥性能实验
芇一、实验目的
袂比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。
蒁二、实验原理
荿不同受力方向的两只应变片如图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U02
=EKε/2。
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肇三、所需器件及模块
袃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)。
薀四、实验步骤
螈
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。
蒃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
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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S2=U/W,非线性误差δf2。
羅表1-2,半桥测量时,输出电压与负载重量的关系
羂五、思考题
膈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。
芄2、桥路(差动电桥)测量时存在非线性误差,是因为:
螂
(1)电桥测量原理上存在非线性
肀
(2)应变片应变效应是非线性的
蚇(3)调零值不是真正为零。
羄全桥性能实验
螃一、实验目的
腿了解全桥测量电路的优点。
肆二、实验原理
螄全桥测量电路中,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:
R1=R2=R3=R4,其变化值R1=R2=R3=R4时,其桥路输出电压U03=KEε。
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。
袅三、所需器件及模块
薁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、
蒆±4V电源、万用表(自备)。
蒅四、实验步骤
蚂
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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
蚀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。
腿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。
芅表1-3,全桥测量时,输出电压与负载重量的关系
螃五、思考题
肂1、全桥测量中,当两组对边(R1、R3为对边)电阻值R相同时,即R1=R3,R2=R4,
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而R1≠R2时,是否可以组成全桥:
蕿
(1)可以
(2)不可以。
羆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。
薁实验二直流全桥的应用—电子秤实验
膀一、实验目的
肈了解应变直流全桥的应用及电路的标定。
蚆二、实验原理
薂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。
艿三、所需器件及模块
蒇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。
蒆四、实验步骤
蚄
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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)
蚁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。
袇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。
膇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。
蒁5、把砝码依次放在托盘上,记录下每次数据
蝿6、根据上表,计算误差与非线性误差。
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芆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。
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仅供个人用于学习、研究;不得用于商业用途。
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Nurfürdenpers?
nlichenfürStudien,Forschung,zukommerziellenZweckenverwendetwerden.
Pourl'étudeetlarechercheuniquementàdesfinspersonnelles;pasàdesfinscommerciales.
толькодлялюдейкоторые,используютсядляобучениясследований,недолжны
использоватьсявкоммерческихцелях.
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