传感器原理及应用试验内容.DOC

实验一 金属箔式应变片性能——单臂电桥 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情况。 二、基本原理：本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的电源的原理和工作情况。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R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为ΔR1/ R1、ΔR2/ R2、ΔR3/ R3、ΔR4/ R4，当使用一个应变片时，∑ ；当两个应变片组成差动状态工作，则有∑；用四个应变片组成两个差对工作，且R1=R2=R3=R4=R， ∑。由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。 三、需用器件与单元：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、 电压/频率表、主、副电源。 四、旋钮初始位置： 直流稳压电源打到±2V档， 电压/频率表(即电压/频率表)打到2V档，差动放大增益最大。 当应变梁收到拉力时，各应变片电阻值变化 图1 五、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。 2、将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正(+)、负(–)、地短接，连接图如图1。将差动放大器的输出端与 电压/频率表的输入插口Vi相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮，使 电压/频率表显示为零，关闭主、副电源。 图2 3、根据图4接线（图3为原理图）。R1、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， 电压/频率表置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W1，使 电压/频率表显示为零，然后将 电压/频率表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使 电压/频率表显示为零。 图4 4、将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平行梁的自由端（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 电压/频率表显示最小值，再旋动测微头，使 电压/频率表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。 5、往上或往下旋动测微头，使梁的自由端产生位移，记下 电压/频率表显示的值。建议每旋动测微头一周即?X=0.5mm记一个数值填入下表： 位移（mm） 电压（mv） 6、根据所得结果计算系统灵敏度S=ΔV/ΔX（式中ΔV为F/V显示的相应电压变化，ΔX为梁的自由端位移变化）。 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、电位器W1、W2，在有的型号仪器中标为RD、RA。 4、做此实验时应尽可能的使用新的短试验线，以及远离手机等具有电磁干扰的物体。 5、检查应变的好坏，只要用万用表测量一下每个应变片、3个固定电阻以及电位器的阻值即可，对应如下： 每个应变片和3个固定电阻的阻值为350欧左右，电位器的阻值范围为0-10k。 六、思考题： 1、本实验电路对直流稳压电源和放大器有何要求？ 参考答案：本实验的直流稳压电源输出的正负电压要基本对称。 电路对称性——电路的对称性决定了被放大后的信号残存共模干扰的幅度，电路对称性越差，其共模抑制比就越小，抑制共模信号（干扰）的能力也就越差 图9 2、按图9接线（图8为原理图），开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使 电压/频率表显示零，记录下液晶温度表的室温。 3、将-15V直流电源或可调直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地，同时打开加热开关，观察 电压/频率表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下 电压/频率表显示的读数E。 4、用液晶温度表测出上片梁表面热电偶处的温度t并记录下来。（注意：温度计的测温探头不要触到应变片，只要触及热电偶处附近的梁体即可）。 5、根据热电偶的热电势与温度之间的关系式：Eab(t , t0)= Eab(t , tn) + Eab(tn , t0) 其中：t ——热电偶的热端（工作端或称测温端）温度。 tn——热电偶的冷端（自由端）温度，也就是室温。 t0—— 0?C ( tn = t0 ) (1) 热端温度为t，冷端温度为室温时热电势：Eab(t , tn)=( 电压/频率表显示E)/300（300为差动放大器的放