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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—电子秤实验 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: ，4V R1R4 r电压+表W1- 差放 R2R3 ,4V 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: ΔR,R,Kε 式中:ΔR,R 为电阻丝电阻相对 变化，K 为应变灵敏系数,ε=ΔL/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。电桥的作用完成电阻 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 ε/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/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， IC3是第二级反向放大器，整益G2=R22/R17，R22=51K、R17=20K，W1旋转一圈为1K， 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、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、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 -4V)，电源电压?4V(从实验台?4V引入或14号模块板上引入)。接线检查别接到+4V， 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。 6、根据表1-1计算系统灵敏度S,ΔU/ΔW(ΔU 输出电压变化量，ΔW重量变化量)和非线性误差:δ,Δm/yF?S×100%式中Δm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)。 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。 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S2,ΔU/ΔW,非线性误差δf2。 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:R1,R2,R3,R4，其变化值ΔR1,ΔR2,ΔR3,ΔR4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。 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R1,R3，R2,R4，而R1?R2时，是否可以组成全桥: (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 9