1、湖南工業大學電氣與信息工程學院厚德博學和而不同HUNANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY自動檢測與轉換技術實驗報告學院：電氣與信息工程學院專業：電氣工程及其自動化年級：級學號：學生姓名：指導教師：二0一三年一月四日實驗一金屬應變計及直流電橋電路應用實驗、實驗目的1、觀察金屬箔式應變計的結構，了解應變計粘貼方式；2、了解受力懸臂梁、圓柱、圓筒等的應變與應變計應變電阻變化的對應關3、測試受力應變梁變形的應變輸出；4、對金屬箔式應變計接成單臂、半橋、全橋三種電橋電路的性能進行比較;5、了解金屬箔式應變計的溫度效應及補償方式。、實驗原理1、應變片是最常用的測力傳感元件。當用應變片測力時，應

2、變片要牢固地粘貼在測試體表面。當被測式元件受力作用發生形變，粘貼在其表面上的應變片敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之發生相應的變化。通過測量電路，轉換成電信號輸出顯示。2、電橋電路是最常用的非電量電測電路。當電橋平衡時，橋路相對兩臂電阻乘積相等，電橋輸出為零。假設橋臂電阻R、R、R、R4中，電阻的相對變化量分別為R/Ri、AR>/R2、AR3/R3、R4/R40當使用一個應變片作為工作R臂構成單臂電橋且其它三臂電阻相等時（初始：R=R=R=R=R）,ZR=匕；當R使用二個應變片作為工作臂構成差動電橋且其它兩臂電阻相等時（初始:Ri=R2=R=R=R）,£r=24R；當使用四個應變片

3、為工作臂構成差動全橋且初始RRxi=R(2=R(3=R(4=R時,3、根據戴維南定理可知單臂電橋的輸出值U。電1ER,靈敏度Ku=工O4Ru舊R推廣可知單臂、差動半橋和差動全橋的輸出電壓UO=口迎四+注氏靈敏度分別為E、E和E。可知，當E4RiR2R3R442和電阻相對變化量一定時，電橋的靈敏度與各橋臂阻值的大小無關。4、當應變片所處環境溫度發生變化時，由于其敏感柵本身的溫度系數，自身的標稱電阻值發生變化；另外如果粘貼應變片的被測試元件與應變片敏感柵的熱膨脹系數不同，也會引起附加形變，產生附加電阻。為避免溫度變化時引入的測量誤差，在實用的測試電路中要進行溫度補償。常用的溫度補償方法有電橋補償法

4、和應變片自補償法。本實驗中采用的是電橋補償法。三、實驗所需部件直流穩壓電源+4V、公共電路模塊、貼于工作臺懸臂梁上的箔式應變片和溫度補償片、應變式傳感器實驗模塊、應變加熱器、數字電壓表、稱重整碼（20克/個）、連接導線若干。四、實驗內容及步驟1、應變計的性能應變電橋1）差動放大器調零：連接工作臺與應變式傳感器實驗模塊、公共電路模塊的電源連接線；將差動放大器增益置于最大位置（順時針方向旋到底）；差動放大器“+”“-”輸入端用短線短接并與地端連接；差動放大器的輸出端與數字電壓表的輸入端相連；開啟主機電源，將數字電壓表的量程選擇為2V檔，用調零電位器調整差動放大器輸出電壓為零；然后拔掉實驗線，調零后

5、公共電路模塊上的“增益”、“調零”電位器均不再變動。2）觀察貼于懸臂梁根部的應變計的位置與方向，按圖（1）應變式傳感器單臂電橋實驗接線圖將所需實驗部件連接成測試橋路，圖中R、R、R分別為固定標準電阻，R為應變計（可任選上梁或下梁中的一個工作片）。圖中每兩個節之間可理解為一根實驗連接線（注意連接方式，勿使直流激勵電源短路）。將載重托盤安裝于應變懸臂梁前端永久磁鋼上。雙孔懸臂梁稱重傳感器!：-Oc應變傳感器實驗模板Rvv4接主控箱投效星息 電源辭出明電OrwJ圖（1）應變式傳感器單臂電橋實驗接線圖3）確認接線無誤后開啟主機，并預熱數分鐘，使電路工作趨于穩定。調節模塊上的WD電位器，使橋路輸出為零。

6、4）逐個將整碼放上稱重平臺，測量V0端輸出電壓記錄W饒）與V（mv）的對應值；然后逐個將整碼取下稱重平臺，再次測量V0端輸出電壓記錄W例）與V（mv）的對應值。并填入下表一：表一：單臂電橋實驗數據W例)020406080100120140160140120100806040200V(mv)00.020.0450.070.090.110.130.1550.180.1550.130.110.090.0650.040.0205）記錄W與V值，并做出W-V曲線，進行靈敏度、線性度、重復性和遲滯性的比較。注意事項：1）實驗前應檢查實驗連接線是否完好，學會正確插拔連接線，這是順利完成實驗的基本保證。2）由

7、于懸臂梁彈性恢復的滯后及應變片本身的機械滯后，所以當全部取下整碼后回到初始位置后橋路電壓輸出值并不能馬上回到零。3）實驗中實驗者在放置和取下整碼后應將手離開儀器后方能讀取測試系統輸出電壓數，否則雖然沒有改變刻度值也會造成微小位移或人體感應使電壓信號出現偏差。4）因為是小信號測試，所以調零后電壓表應置2V檔，用計算機數據采集時應選用200mvM程。2、箔式應變計三中橋路的性能比較1）在完成上述內容的基礎上，依次將圖（1）中的固定電阻R換接應變片組成差動半橋電路（相鄰兩臂極性相反一受應力情況相反）；2）再將固定電阻R、R換接應變片組成差動全橋電路（相鄰兩臂極性相反一受應力情況相反、相對兩臂極性相同

8、一受應力情況相同）。3）重復1中的3-4步驟，按照圖（2）雙臂電橋接線圖和圖（3）全橋接線圖完成對差動半橋與差動全橋的測試實驗，并填入下表二和表三：圖（2）雙臂電橋接線圖加用器RnRio應變傳感器實驗模板核數顯表 電源虢出 V、地）。Rwg 4> 4，15v -*- +I5v表二：差動半橋實驗數據W饒）020406080100120140160140120100806040200V(mv)00.050.090.140.180.230.270.310.350.310.260.220.170.130.090.040陵圭濘簿電港輸出+-4丫/4*"rwwiS'Ri-R|婦一目

9、|<-4=1©圖（3）全電橋接線圖表三：差動全橋實驗數據W院)020406080100120140160140120100806040200V(mv)00.090.180.260.350.440.530.620.710.620.530.440.360.270.180.090【注意事項：應變計接入橋路時，要注意應變計的受力方向，一定要接成差動形式，即相鄰兩臂受力方向相反，相對兩臂受力方向相同，如果接反則電路無輸出或輸出很小。】4）在同一坐標上描出三中測試結果的V-X曲線，比較三種橋路的靈敏度,并做出定性的結論。實驗二霍爾式傳感器的交、直流激勵測位移、實驗目的掌握在直流信號、交流信

10、號激勵下的霍爾傳感器測試位移系統的一般形式、實驗原理1、霍爾式傳感器是根據霍爾效應原理制成的磁電轉換元件，其輸出的霍爾R電勢Uh=KhIhB,其靈敏度Kh由霍爾片本身的性質決定（Kh=上，霍爾系d數Rh=R，P,等于材料的電阻率與電子的遷移率的乘積；d是霍爾片的厚度）；Ih是霍爾元件的激勵電流，B是加在霍爾片上的垂直磁場強度。當霍爾元件位于由兩個環形磁鋼組成的梯度磁場中同時施加一定的激勵電流Ih時，在梯度磁場中通過霍爾片位移變化改變磁場強度B的大小從而使輸出的霍爾電勢變化，這樣就構成了位移傳感器。2、霍爾元件通以恒定直流電流和交流電流激勵時，就有霍爾電勢輸出，霍爾電勢的大小正比于磁場強度（磁場

11、位置），當所處的磁場方向改變時，霍爾電勢的方向也隨之改變。三、實驗所需部件直流穩壓電源（2V）、霍爾傳感器實驗模塊、公共電路實驗模塊、相敏檢波電路實驗模塊、音頻信號源、電壓表、測微儀、示波器。四、實驗驟與內容步1、直流激勵特性實驗1）安裝好梯度磁場及霍爾傳感器，測量微小唯一量的螺旋測微儀調節機構。2）差動放大器調零：連接工作臺與應變式傳感器實驗模塊、公共電路模塊的電源連接線；將差動放大器增益置于最大位置（順時針方向旋到底）；差動放大器“+”“-”輸入端用短線短接并與地端連接；差動放大器的輸出端與數字電壓表的輸入端相連；開啟主機電源，將數字電壓表的量程選擇為2V檔，用調零電位器調整差動放大器輸出

12、電壓為零；然后拔掉實驗線，調零后公共電路模塊上的“增益”、“調零”電位器均不再變動。3）實驗接線按圖（1）所示，按圖接線。冶金校區版本的試驗臺確認霍爾元件直流激勵電壓一端接2V另一激勵端接地，差動放大器增益10倍左右工學院校區版本的試驗臺確認霍爾元件直流激勵電壓為±4V,差動放大器增益差動放大器增益置于最大位置（順時針方向旋到底）。圖（1）直流激勵電流接線圖3）用螺旋測微儀調節霍爾片的位移使霍爾元件置于梯度磁場中間，并調節電橋直流電位器W（調節霍爾元件的等位電勢）使輸出為零。讀取相應的電壓值，并記入下表：X(mrm-3.5-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.500.51.0

13、1.52.02.53.03.5V0(mV)0作出V-X曲線，求得靈敏度和線性工作范圍，觀察輸出曲線的遲滯、重復性等。如出現非線性情況，請查找原因。4）從中點開始，調節螺旋測微儀，左右移動霍爾元件各3.5mm每變化量0.5mm注意事項直流激勵電壓只能是2V,不能接+2V（4V）否則睇化鈿霍爾元件會燒壞。2、交流激勵特性實驗1）在步驟一的基礎上按圖（2）接好實驗電路電壓表音燕振蕩器圖（2）交流激勵電流接線圖2）差動放大器調零：連接工作臺與應變式傳感器實驗模塊、公共電路模塊的電源連接線；將差動放大器增益置于最大位置（順時針方向旋到底）；差動放大器“+”“-”輸入端用短線短接并與地端連接；差動放大器的輸出端與數字電壓表的輸入端相連；開啟主機電源，將數字電壓表的量程選擇為2V檔，用調零電位器調整差動放大器輸出電壓為零；然后拔掉實驗線，調零后公共電路模塊上的“增益”、“調零”電位器均不再變動。3）音頻信號輸出從1800端口（電壓輸出）引出，幅度Vp-p&4V,示波器兩個通道分別接相敏檢波器、端。4）開啟主機電源