傳感器實(shí)驗(yàn)鄰臂差動(dòng)電橋

**工學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告書課程名稱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容院系專業(yè)班級(jí)傳感器與檢測(cè)技術(shù)鄰臂差動(dòng)電橋--電子秤電子信息與電氣工程學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)生姓名學(xué)號(hào)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.電阻應(yīng)變片的工作原理金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)。吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示式子中：P-電阻絲電阻率R=p△R=△1-△S+△P =(1+2u)e-Ap/p L一電阻絲長度SRispR s-電阻絲的截面積△/r-徑向應(yīng)變?nèi)鐖D1-1所示當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)其長度和截面積都會(huì)發(fā)生變化，從上式中很容易看出其電阻值即會(huì)發(fā)生改變。假如金屬絲受外力作用而伸長時(shí)其長度增加而截面積減少電阻值便會(huì)增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí)長度減小而截面增加電阻值則會(huì)減小。只要測(cè)出加在電阻的變化通常是測(cè)量電阻兩端的電壓即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情況。二．應(yīng)變片式電阻傳感器的測(cè)量電路--鄰臂電橋應(yīng)變片將物體應(yīng)變￡轉(zhuǎn)化成電阻相應(yīng)變化△R/R,為了能用電測(cè)儀器進(jìn)行測(cè)量，還必須將△R/R進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成電壓或電流信號(hào)，于是我們用到電橋線路，根據(jù)電源的不同，可以將電橋分為直流電橋和交流電橋。由于實(shí)驗(yàn)室里直流低壓電可以直接由試驗(yàn)箱獲得，所以在這里只介紹直流電橋。另外，電阻具有熱脹冷縮的特點(diǎn)，在生活當(dāng)中，溫度是不恒定的所以電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)排除溫度干擾。單臂電橋靈敏度底并且沒有抗溫度干擾能力，對(duì)其加以改進(jìn)后便有了靈敏度高抗溫度干擾的鄰臂電橋，如圖2-1所示；— r~7i—-圖2-1鄰臂電橋電路圖電橋線路如圖2-1所示輸入5V直流電，R1,R2,R3及R4為電橋的橋臂，R3,R4為應(yīng)變片。當(dāng)I=0時(shí)，稱為電橋平衡，平衡條件為RJR2=R3/R4或吧二R2/R上述可以表示為電橋兩鄰臂電阻的阻值相等，或相對(duì)兩臂電阻的乘積相等。三．放大電路原理圖圖3-1電子秤--鄰臂電橋測(cè)量電路圖如圖3-1所示，電子秤--鄰臂電橋測(cè)量電路由鄰臂電橋，差動(dòng)放大電路二級(jí)放大電路以及電平移動(dòng)電路共同組成。差動(dòng)放大電路，差動(dòng)放大電路又叫差分電路，他不僅能有效的放大直流信號(hào)，而且能有效的減小由于電源波動(dòng)和晶體管隨溫度變化多引起的零點(diǎn)漂移，因而獲得廣泛的應(yīng)用。特別是大量的應(yīng)用于集成運(yùn)放電路，他常被用作多級(jí)放大器的前置級(jí)?；静顒?dòng)放大電路由兩個(gè)完全對(duì)稱的共發(fā)射極單管放大電路組成，通過二者之差，干擾信號(hào)的有效輸入為零，這就達(dá)到了抗共模干擾的目的。該電路對(duì)應(yīng)變片的電信號(hào)進(jìn)行了兩級(jí)放大，第一級(jí)放大在放大的同時(shí)，有效的減小由于電源波動(dòng)和晶體管隨溫度變化多引起的零點(diǎn)漂移，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。經(jīng)過二級(jí)放大后下級(jí)電平移動(dòng)電路用來提升一輸入信號(hào)的電壓電平，其包括一分壓電路以及一緩沖電路。這樣就輸出了有效的電壓。四．實(shí)驗(yàn)步驟準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材（傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K，砝碼，連接線）。檢查設(shè)備（配電柜是否通電，電壓表是否能正常工作，器材是否完整正常）按照電路圖連接線路。檢查線路是否有誤。通電實(shí)驗(yàn)。記錄數(shù)據(jù)。五．調(diào)試過程五．用導(dǎo)線將A,B兩點(diǎn)短接，使放大器輸入端為0。打開直流電壓表，調(diào)到最大檔位。把放大器的輸入端接到電壓表上，接通放大器電源。調(diào)節(jié)sw3滑動(dòng)變阻器，使電壓表顯示的數(shù)值為0。減小量程依次調(diào)節(jié)，在最小量程時(shí)示數(shù)為0時(shí)停止調(diào)節(jié)。（把電壓表量程調(diào)到最大，便于下次測(cè)量，并且能夠防止超量程損壞電路）。去除AB兩點(diǎn)間的導(dǎo)線，并把電橋的輸出端分別接在AB兩點(diǎn)。接通電橋電源，從大量程到小量程依次調(diào)節(jié)SW1至電壓表示數(shù)為0。放砝碼，記錄數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果依次添加砝碼時(shí)得到下表；表6-1砝碼個(gè)數(shù)與電壓示數(shù)關(guān)系表砝碼個(gè)數(shù)（3g/個(gè)）012345電壓表示數(shù)（mv）00.61.201.812.423.01根據(jù)這些數(shù)據(jù)繪制下表6-2

進(jìn)行逆程實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到下表：表6-3砝碼個(gè)數(shù)與電壓示數(shù)關(guān)系表砝碼個(gè)數(shù)（3g/個(gè)）543210電壓表示數(shù)（mv）3.012.431.91.650.620根據(jù)表6-3繪制了下圖6-4：圖6-4逆程重量與電壓大小關(guān)系圖七．結(jié)果分析：設(shè)函數(shù)y=kx+b,其中砝碼重量為x,電壓變化為y代入表1.3中的正程數(shù)據(jù)0.6=3k+b2.42=12k+b3.01=15k+b化簡得1.82=9knk=0.2于是函數(shù)y=0.2x同上,根據(jù)表1.4中的數(shù)據(jù)列出逆程數(shù)據(jù)方程3.01=15k+b1.90=9k+b0.62=3k+b化簡后解得函數(shù)y=0.2x通過觀察比較,圖6-2中坐標(biāo)點(diǎn)在函數(shù)線上下附近位置,有較好的線性。圖6-4中大部分坐標(biāo)點(diǎn)坐落于函數(shù)上側(cè)位置,偏離函數(shù)圖像位置比較遠(yuǎn),有明顯的遲滯現(xiàn)象。綜上可得到一個(gè)壓力與電壓的線性方程y=0.2x。如圖所示，并不是所有的點(diǎn)都在函數(shù)圖像上，結(jié)果有一定的誤差。在實(shí)驗(yàn)歸納及線性化中為了得到較好的線性函數(shù),最適合用最小二乘法來模擬數(shù)據(jù)原型，但是本次試驗(yàn)對(duì)于函數(shù)精度沒有太大的要求，并且所求函數(shù)誤差在實(shí)驗(yàn)允許范圍內(nèi)于是就無須用最小二乘法，當(dāng)然，如果需要提高模擬數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性可以采用這類方法，在此不再贅述此問題。八．實(shí)驗(yàn)感悟本人在本次試驗(yàn)開始時(shí)對(duì)于試驗(yàn)?zāi)K上應(yīng)變片的位置及其電路連接方式理解不太清晰，后來在馬*老師的講解及指導(dǎo)下理解了元器件功能以及電路各部分之間的聯(lián)系，使我茅塞頓開。這為接下來的實(shí)驗(yàn)做了很好的鋪墊。由于電阻對(duì)溫度很敏感，在橋臂，放大電路的調(diào)零過程中遇到了麻煩，靈敏的滑動(dòng)變阻器對(duì)手的溫度也有感知，阻值不穩(wěn)定，這導(dǎo)致了電路難以調(diào)零，但