1、應變傳感器和單臂橋、半橋、全橋性能實驗與校準3113001561 范榮光 130601【實驗目的】1、了解金屬箔式應變片的應變效應。2、學習單臂橋、半橋、全橋工作原理和性能。3、學習放大電路連接與系統校準。【實驗原理】電阻絲在外力作用下發生機械變形時，其電阻值發生變化，這就是電阻應變效應，描述 電阻應變效應的關系式為：AR 叱K&（ 9_1）R式中AR.R為電阻絲電阻相對變化，K為應變靈敏系數， =W 為電阻絲長度相對變化，金屬箔式應變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應變敏感元件，通過它轉換被測部位 受力狀態變化、電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化，電橋的輸出電壓反映了相應的受 力狀態。對單臂

2、電橋輸出電壓：U 1= EK /4 o半橋，不同受力方向的兩只應變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當應變片阻值和應變量相同時，其橋路輸出電：氣2 EK/2o全橋測量電路中，將受力性質相同的兩應變片接入電橋對邊，當應變片初始阻值： = R2 = R3 = R4，其變化值 %= R2=A %= R4時，其橋路輸出電壓為Uo3 = EK。其輸 出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到改善。【儀器介紹】一、實驗臺的組成CSY-2000型傳感器與檢測技術實驗臺由主機箱、傳感器、實驗電路（實驗模板）、轉動 源、振動源、溫度源、數據采集卡及處理軟件、實驗桌等組成。主機箱

3、：提供高穩定的士 15V、士 5V、+5V、士 2V士 10V（步進可調）、+2V+24V （連 續可調）直流穩壓電源，音頻信號源（音頻振蕩器）1KHz10KHz （連續可調），低頻信號 源（低頻振蕩器）1Hz30Hz （連續可調），傳感器信號調理電路，智能調節儀，計算機通信接 口，主機箱上裝有電壓、氣壓等相關數顯表。其中，直流穩壓電源、音頻振蕩器、低頻振蕩 器都具有過載保護功能，在排除接線錯誤后重新開機恢復正常工作。主機箱右側面裝有供電 電源插板及漏電保護開關。調理電路（實驗模板）：基本型有電橋及調平衡網絡、差動放大器、電壓放大器、電荷 放大器、電容變換器、電渦流變換器、光電變換器、溫度變換

4、器、移相器、相敏檢波器、低 通濾波器。增強型增加相應的配套實驗模板。二、使用方法1、開機前將電壓表顯示選擇旋鈕打到2V檔;電流表顯示選擇旋鈕打到200mA檔;步進可 調直流穩壓電源旋鈕打到上2V檔;其余旋鈕都打到中間位置。2、將AC220V電源線插頭插入市電插座中，合上電源開關，數顯表顯示000，表示實驗 臺已接通電源。3、做每個實驗前應先閱讀實驗指南，每個實驗均應在斷開電源的狀態下按實驗線路接 好連接線（實驗中用到可調直流電源時，應在該電源調到實驗值后再接到實驗線路中），檢 查無誤后方可接通電源。4、合上調節儀（器）電源開關，設置調節儀（器）參數調節儀（器）的PV窗顯示測 量值；SV窗顯示設

5、定值。三、儀器維護及故障排除1、維護：（1）防止硬物撞擊、劃傷實驗臺面；防止傳感器跌落地面。（2）實驗完畢要將傳感器、配件及連線全部整理放置好。2、故障排除（1）開機后數顯表都無顯示，應查AC220V電源有否接通；主機箱側面AC220V插座中的保 險絲是否燒斷。如都正常，則更換主機箱中主機電源。（2）轉動源不工作，則手動輸入+12V電壓，如不工作，更換轉動源；如工作正常，應查調 節儀設置是否準確；控制輸出Vo有無電壓，如無電壓，更換主機箱中的轉速控制板。（3）振動源不工作，檢查主機箱面板上的低頻振蕩器有無輸出，如無輸出，更換信號板； 如有輸出，更換振動源的振蕩線圈。（4）溫度源不工作，檢查溫度

6、源電源開關有否打開；溫度源的保險絲是否燒斷；調節儀設 置是否準確。如都正常，則更換溫度源。【實驗內容與要求】1、單臂電橋實驗（1）根據圖9-1應變式傳感器（電子秤）已裝于應變傳感器模板上。傳感器中各應變片已 接入模板的左上方的rr2、r3、r4。加熱絲也接于模板上，可用萬用表進行測量判別，R1 = R2 = R3 = R4=350Q，加熱絲阻值為50Q左右。應變片托盤圖9-1應變式傳感器安裝示意圖（2）接入模板電源15V （從主控臺引入），檢查無誤后，合上主控臺電源開關，將實驗模 板調節增益電位器Rs順時針調節大致到中間位置，再進行差動放大器調零，方法為將差放W3的正負輸入端與地短接，輸出端與

7、主控臺面板上數顯表輸入端Vi相連，調節實驗模板上調 零電位器RW4,使數顯表顯示為零（數顯表的切換開關打到2V檔）。關閉主控箱電源（注意: 當Rw3、Rw4的位置一旦確定，就不能改變）。（3）將應變式傳感器的其中一個電阻應變片R（即模板左上方的）接入電橋作為一個橋 臂與R5、R6、R7接成直流電橋（R5、R6、R7模塊內已接好），接好電橋調零電位器RW1，接 上橋路電源4V （從主控臺引入）如圖9-2所示。檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關。 調節RW1，使數顯表顯示為零。o 0加熱器接主控箱接數顯表電源輸出 V1地II LU-15v -L +15vfR4OIO R30 wa o e-2Oso

8、 R1o o圖9-2應變式傳感器單臂電橋實驗接線圖（4）在電子稱上放置一只砝碼，讀取數顯表數值，依次增加砝碼和讀取相應的數顯表值，直到200g （或500 g）砝碼加完。記下實驗結果填入表9-1,關閉電源。表9-1單臂電橋的輸出電壓與加負載重量值的關系質量（g）電壓（mv）（5）根據表9-1計算系統靈敏度S=A U/A W （ U輸出電壓變化量， W重量變化量）和非 線性誤差0 f1=A m/yFs X100%式中 m為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最 大偏差：yF.S滿量程輸出平均值，此處為200g （或500g）。2、半橋實驗根據圖9-3接線。RR2為實驗模板左上方的應變片，注意

9、R2應和受力狀態相反， 即將傳感器中兩片受力相反（一片受拉、一片受壓）的電阻應變片作為電橋的相鄰邊。接入 橋路電源土4V，調節電橋調零電位器RW1進行橋路調零，按步驟1的（4）、（5）的步驟實驗， 將實驗數據記入表9-2,計算靈敏度S2 = U/W，非線性誤差0 f2。若實驗時無數值顯示說明 R2與R1為相同受力狀態應變片，應更換另一個應變片。00加熱器接主控箱接數顯表：電源輸出 V1地 ：R2oloR11R12-15v 工 +15vI H H J-E Rm +ER13 卜R14應變傳感器實驗模板RW4圖9-3應變式傳感器半橋實驗接線圖表9-2半橋的輸出電壓與加負載重量值的關系質量（g）電壓（

10、mv）3、全橋實驗根據圖9-4接線。按步驟1的（4）、（5）的步驟實驗，將實驗數據記入表9-3，進行靈 敏度和非線性誤差計算。O O加熱器接主控箱_電源輸出R4GR9Rn R13IC1+4v-(J-4vY Rz R1 A |-=A|-R3RS)|A 1 |“廣R4)i i=-0RW3RioVolRwiRW2R12+IC2Rw3接主控箱接數顯表電源輸出 V1地L!)+15vR16JCR18+/V02R14R15-ER17R19J HRW4應變傳感器實驗模板RW4圖9-4全橋性能實驗接線圖表9-3全橋的輸出電壓與加負載重量值的關系質量(g)電壓(mv)【注意事項】1、在實驗前務必詳細閱讀用戶手。2

11、、嚴禁用酒精、有機溶劑或其它具有腐蝕性溶液擦洗主機箱及面板。3、請勿將主機箱的電源、信號源輸出端與地(土)短接，因短接時間長易造成電路故障。4、請勿將主機箱的士電源引入實驗電路時接錯。5、在更換接線時，應斷開電源，只有在確保接線無誤后方可接通電源。6、實驗完畢后，請將傳感器及附件放回原處。7、如果實驗臺長期未通電使用，在實驗前先通電十分鐘預熱，再檢查按一次漏電保護按鈕 是否有效。實驗數據記錄如下:至札1他拘）電擊面V）Q20m 12,7FU.S野1-(ihJ10可釣魚80/如寥隕婦陶| 2“ _i - 一I_ 幻十.2|整居|由|螂何）盛JL-2件 2.8糜氐*1氏7 I玷|們鞫做、 陳8發.飾睹象.國boB占虬也J7.