傳感與檢測實(shí)訓(xùn)一

1、實(shí)訓(xùn)一 金屬箔式應(yīng)變片性能一、 實(shí)訓(xùn)目的：了解金屬箔式應(yīng)變片，單臂、半差動(dòng)及全差動(dòng)電橋的工作原理和工作情況，并進(jìn)行比較。二、 基本原理：本實(shí)訓(xùn)說明箔式應(yīng)變片及單臂、半差動(dòng)及全差動(dòng)直流電橋的電源的原理和工作情況。應(yīng)變片是最常用的測力傳感元件。當(dāng)用應(yīng)變片測試時(shí)，應(yīng)變片要牢固地粘貼在測試體表面，當(dāng)測試受力發(fā)生形變，應(yīng)變片的敏感柵隨同變形，其電阻也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，通過測量電路，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出顯示。電橋電路是最常用的非電量電測電路中的一種。當(dāng)電橋平衡時(shí)，橋路對(duì)臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個(gè)電阻R1、R2、R3、R4中，電阻的相對(duì)變化率分別為R1/R1、R2/R2、R3/R3、R4/R4，

2、當(dāng)使用一個(gè)應(yīng)變片時(shí)，R=R/R；當(dāng)兩個(gè)應(yīng)變片組成差動(dòng)狀態(tài)工作，則有R=2R/R；用四個(gè)應(yīng)變片組成兩個(gè)差動(dòng)工作，且R1=R2=R3=R4=R，R=4R/R。由此可知，單臂、半橋、全橋電路的靈敏度依次增大。根據(jù)戴維南定理可以得出測試電橋的輸出電壓近似等于1/4*E*R，電橋靈敏度Ku=V/R/R，于是對(duì)應(yīng)單臂、半橋和全橋的電壓靈敏度分別為1/4E、1/2E和E。由此可知，當(dāng)E和電阻相對(duì)變化一定時(shí)，電橋及電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無關(guān)。本實(shí)訓(xùn)中的金屬應(yīng)變片封裝在設(shè)備臺(tái)上的雙平行梁中（藍(lán)色膠布內(nèi)），應(yīng)變片為棕色襯底箔式結(jié)構(gòu)小方薄片，上下兩片梁的外表面各貼兩片受力應(yīng)變片和一片補(bǔ)償應(yīng)變片，雙平行梁的最右

3、端有一圓形磁鐵鋼，當(dāng)側(cè)微頭（測微頭在雙平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右調(diào)節(jié)）下移與該磁鋼吸合，則可通過側(cè)位頭的上下位移使得雙平行梁上封裝的應(yīng)變片發(fā)生形變，從而產(chǎn)生應(yīng)變效應(yīng)，再通過電橋平衡網(wǎng)絡(luò)及差動(dòng)放大器的放大轉(zhuǎn)變成電壓的變化。三、 需用器件與單元：直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動(dòng)放大器、雙平行梁、測微頭、應(yīng)變片、F/V表、主、副電源。四、 旋鈕初始位置：直流穩(wěn)壓電源打到±2V檔，F(xiàn)/V表打到2V檔，差動(dòng)放大增益最大。五、 實(shí)驗(yàn)步驟：1、了解所需單元、部件在實(shí)驗(yàn)儀上的位置。2、將差動(dòng)放大器調(diào)零：用連線將差動(dòng)放大器的正（+）、負(fù)（）、地短接。將差動(dòng)放大器的輸出端與F/V表的輸入插口

4、Vi相連；開啟主、副電源；調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器的增益到最大位置（順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)到底），然后調(diào)整差動(dòng)放大器的調(diào)零旋鈕，使F/V表顯示為零，關(guān)閉主、副電源。3、根據(jù)圖1接線。單臂電橋中R1、R2、R3為電橋單元的固定電阻，Rx=R4為應(yīng)變片；半差動(dòng)電橋中R1、R2為電橋單元的固定電阻，R3、R4為兩個(gè)受力方向相反的應(yīng)變片（即封裝在平行梁上片和下片的應(yīng)變片各一片）；全差動(dòng)電橋中的R1R4全部都是應(yīng)變片，且受力方向?yàn)橄嗯R的相反、相對(duì)的相同，即圖1中若R1與R3為標(biāo)記有向上箭頭的應(yīng)變片，則R2與R4為標(biāo)記有向下箭頭的應(yīng)變片。將穩(wěn)壓電源的切換開關(guān)置±4V檔，F(xiàn)/V表打到20V檔。4、調(diào)節(jié)測微頭脫離雙平

5、行梁，開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的W1，使F/V表顯示為零。5、將測微頭轉(zhuǎn)動(dòng)到10mm刻度附近，安裝到雙平行梁的自由端（與自由端磁鋼吸合），調(diào)節(jié)測微頭支柱的高度（梁的自由端跟隨變化）使F/V表顯示最小，再旋動(dòng)測微頭，使F/V表顯示為零（細(xì)調(diào)零），這時(shí)的測微頭刻度為零位的相應(yīng)刻度。6、往上或往下旋動(dòng)測微頭，使梁的自由端產(chǎn)生位移，記下F/V表顯示的值。建議每旋動(dòng)測微頭一周即X=0.5mm記一個(gè)數(shù)值填入下表：位移（mm）8.599.51010.51111.512電壓（mv）注意：填表時(shí)注意單位問題，F(xiàn)/V表讀出的單位為伏，而表格中的默認(rèn)單位為毫伏。7、根據(jù)所得結(jié)果計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S=V/X（式

6、中V為F/V顯示的相應(yīng)電壓變化，X為梁的自由端位移變化）。8、在同一坐標(biāo)紙上描出X-V曲線，比較三種接法的靈敏度。注意事項(xiàng)：1、 電橋部分所有實(shí)線所表示的均為實(shí)驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部連好了的，包括三個(gè)固定電阻和兩個(gè)電位器及其相關(guān)的部分連線，而電橋上端虛線所示的四個(gè)電阻實(shí)際上并不存在，僅作為一標(biāo)記，讓學(xué)生組橋容易。但電路熟悉則不建議使用，因?yàn)檫B線越多對(duì)電路的干擾就越大。2、 做此實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)將低頻振蕩器的幅度關(guān)至最小，以減小其對(duì)直流電橋的影響。六、 實(shí)訓(xùn)難點(diǎn)與重點(diǎn)：1.實(shí)訓(xùn)中的三次調(diào)零：每次調(diào)零的方法和意義都不相同，需重點(diǎn)注意。第一次調(diào)零：實(shí)驗(yàn)步驟2，差動(dòng)放大器的調(diào)零，這是很重要的步驟，以后實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用到，且注意

7、增益要調(diào)到最大進(jìn)行調(diào)零，調(diào)零后不要再利用其進(jìn)行其他調(diào)零過程；第二次調(diào)零：實(shí)驗(yàn)步驟4，此次調(diào)零是在測微頭與雙平行梁分離的狀態(tài)下，通過調(diào)節(jié)電位器W1來使F/V表顯示為零，其原理在于，當(dāng)平行梁（即封裝在其中的應(yīng)變片）處于自由狀態(tài)時(shí)，也就是沒有受到任何外力作用時(shí)（即沒有發(fā)生形變，產(chǎn)生應(yīng)變效應(yīng)），電壓值應(yīng)為零；第三次調(diào)零：實(shí)驗(yàn)步驟5，此次調(diào)零是要將測微頭與雙平行梁自由端吸合，通過調(diào)節(jié)測微頭支柱的高度來使F/V表顯示為零，其原理在于，當(dāng)平行梁與測微頭吸合，則測微頭的高度影響著應(yīng)變片是否發(fā)生了形變，我們這時(shí)的調(diào)零就是要使得吸合后應(yīng)變片仍處于一個(gè)水平狀態(tài)沒有發(fā)生形變，然后以這一狀態(tài)為中心點(diǎn)，向上向下進(jìn)行變化。2.實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)變片：實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)變片上都標(biāo)記有不同方向的箭頭，其實(shí)應(yīng)變片本身并沒有方向的差別，就是電阻，但是它們封裝的位置是不一樣的，雙平行梁的上片和下片各兩片，所以標(biāo)記的不同方向的箭頭僅代表封裝位置的不同，在連線過程中不能將