传感技术实验.ppt

二、实验设备 １．直流稳压电源； ２．差动放大器； ３．电桥； ４．F/V表； ５．测微头 ６．双平行梁； ７．应变片； ８．主、副电源。 第二十九页，共八十二页，2022年，8月28日 三、实验原理 1．应变电桥的性能和原理 (1)电阻应变式传感器静态性能实验原理　　电阻应变式传感器静态性能实验的基本原理是调整螺旋测微器以改变双平行悬梁的应变，此时粘贴在悬梁上的应变片将应变转换成电阻值的变化，再通过转换电路（测量电桥）将电阻的变化转换成电压的变化，在数字电压表上显示出与应变对应的电压值，实验原理框图如图3－1所示。 3-1 电阻应变式传感器静态性能实验原理框图 第三十页，共八十二页，2022年，8月28日 图3－2为电阻应变式传感器静态性能实验原理电路图。测量电桥为直流电桥，R1、R2、R3、R4为四个桥臂电阻，可以接成单臂电桥、半桥差动电桥和全桥差动电桥的形式，RW1为电桥平衡调节电位器，UCC和USS为电桥电源。差动放大器为由集成运算放大器组成的增益可调的交直流差动放大器，可接成同相、反相及差动状态，增益在1~100倍可调。输出由直流电压表显示。 图3-2 实验接线图 第三十一页，共八十二页，2022年，8月28日 图3-3 电桥平衡网络原理图 第三十二页，共八十二页，2022年，8月28日 （2）应变电桥的性能比较 已知单臂、半桥和全桥电路的∑R分别为ΔR/R、2ΔR/R、4ΔR/R。在 的条件下，根据戴维定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于U=1/4.E.∑R，电桥灵敏度Ku=U/ΔR/R，于是对应单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为1/4E、1/2E和E。 由此可知，当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。 第三十三页，共八十二页，2022年，8月28日 图3-4差动放大器电路原理图 A if i2 i1 ii Ri = R1 Rf = R3 第三十四页，共八十二页，2022年，8月28日 根据“虚短”和“虚断” 的原则： 由A点节点电流方程的： 第三十五页，共八十二页，2022年，8月28日 差动放大器增益为： 采用该电路，实现选取小Rf电阻值，获得高的Au的目的！ 第三十六页，共八十二页，2022年，8月28日 箔式应变片电阻值：350Ω、应变系数：2； 平行梁上梁的上表面和下梁的下表面对应地贴有4片应变片，受力工作片分别用符号↑ 和 ↓ 表示。 在910型仪器中，横向所贴的两片为温度补偿片，用符号→←表示。 2．应变式传感器 第三十七页，共八十二页，2022年，8月28日 四、实验步骤 1. 单臂电桥静态特性 （1）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。 （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。开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置（顺时针方向旋到底），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。 第三十八页，共八十二页，2022年，8月28日 （3）根据图1接线。R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻；Rx=R4为应变片；r及W1为电桥平衡网络。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W1，使F/V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。（需预热几分钟表头才能稳定下来） （4）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F/V表显示最小，再旋动动测微头，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。 第三十九页，共八十二页，2022年，8月28日 （5）旋转测微头，使梁移动，每隔0.5mm（1圈）读一个数，将测得数值填入下表，然后关闭主、副电源。 表1-1 单臂电桥应变输出 2. 半桥静态特性 （1）保持放大器增益不变，将R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一应变片即取二片受力方向不同应变片，形成半桥。 调节测微头使测微头刻度为零位的相应刻度，调节电桥W1使F/V表显示表显示为零。 第四十页，共八十二页，2022年，8月28日 （2）旋转测微头，使梁移动，每隔0.5mm（1圈）读一个数，将测得数值填入下表，然后关闭主、副电源。 表1-2 半桥应变输出 3. 全桥静态特性 （1）保持差动放大器增益不变，将R1，R2两个