電阻式傳感器的單臂電橋性能實驗
2021-03-12 09:20一、實驗?zāi)康?
1、了解電阻應(yīng)變式傳感器的基本結(jié)構(gòu)與使用方法；
2、掌握電阻應(yīng)變式傳感器放大電路的調(diào)試方法；
3、掌握單臂電橋電路的工作原理和性能；
二、實驗所用單元:
電阻應(yīng)變式傳感器、電阻與霍爾式傳感器轉(zhuǎn)換電路板（調(diào)零電橋）、差動放大器、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、位移臺架。
三、實驗原理及電路:
1、電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，其關(guān)系為：ΔR/ R＝Kε，ΔR為電阻絲變化值，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，ε為電阻絲長度的相對變化量ΔL/ L。通過測量電路將電阻變化轉(zhuǎn)換為電流或電壓輸出。
2、電阻應(yīng)變式傳感如圖1-1所示。傳感器的主要部分是上、下兩個懸臂梁，四個電阻應(yīng)變片貼在梁的根部，可組成單臂、半橋與全橋電路，最大測量范圍為±3mm。
1─外殼 2─電阻應(yīng)變片 3─測桿 4─等截面懸臂梁 5─面板接線圖
圖1-1 電阻應(yīng)變式傳感器
3、電阻應(yīng)變式傳感的單臂電橋電路如圖1-2所示，圖中R1、R2、R3為固定，R為電阻應(yīng)變片，輸出電壓UO＝EKε，E為電橋轉(zhuǎn)換系數(shù)。
圖1-2 電阻式傳感器單臂電橋?qū)嶒炿娐穲D
四、實驗步驟：
1、固定好位移臺架，將電阻應(yīng)變式傳感器置于位移臺架上，調(diào)節(jié)測微器使其指示15mm左右。將測微器裝入位移臺架上部的開口處，將測微器測桿使其與電阻應(yīng)變式傳感器的測桿磁鋼吸合，然后調(diào)節(jié)兩個滾花螺母使電阻式應(yīng)變傳感器上的兩個懸梁處于水平狀態(tài)，兩個滾花螺母固定在開口處上下兩側(cè)。
2、將實驗箱（實驗臺內(nèi)部已連接）面板上的±15V和地端，用導線接到差動放大器上；將放大器放大倍數(shù)電位器RP1旋鈕（實驗臺為增益旋鈕）順時針旋到終端位置。
3、用導線將差動放大器的正負輸入端短接，再將其輸出端接到數(shù)字電壓表的輸入端；電壓量程切換開關(guān)撥至20V檔；接通電源開關(guān)，旋動放大器的調(diào)零電位器RP2旋鈕，使電壓表指示向零趨近，然后切換到2V量程檔，旋動調(diào)零電位器RP2旋鈕使電壓表指示為零；此后調(diào)零電位器RP2旋鈕不再調(diào)節(jié)，根據(jù)實驗適當調(diào)節(jié)增益電位器RP1。
4、按圖1-2接線，R1、R2、R3（電阻傳感器部分固定電阻）與一個的應(yīng)變片構(gòu)成單臂電橋形式。
5、調(diào)節(jié)平衡電位器RP，使數(shù)字電壓表指示接近零，然后旋動測微器使電壓表指示為零，此時測微器的讀數(shù)視為系統(tǒng)零位。分別上旋和下旋測微器，每次0.4mm，上下各2mm，將位移量X和對應(yīng)的輸出電壓值UO記入下表中。
表 1-1
五、實驗報告1、根據(jù)表1-1中的實驗數(shù)據(jù)，畫出輸入/輸出特性曲線
，并且計算靈敏度和非線性誤差。2、傳感器的輸入電壓能否從＋5V提高到＋10V？輸入電壓的大小取決于什么？3、分析電橋測量電阻式傳感器特性時存在非線性誤差的原因。
1、了解電阻應(yīng)變式傳感器的基本結(jié)構(gòu)與使用方法；
2、掌握電阻應(yīng)變式傳感器放大電路的調(diào)試方法；
3、掌握單臂電橋電路的工作原理和性能；
二、實驗所用單元:
電阻應(yīng)變式傳感器、電阻與霍爾式傳感器轉(zhuǎn)換電路板（調(diào)零電橋）、差動放大器、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、位移臺架。
三、實驗原理及電路:
1、電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，其關(guān)系為：ΔR/ R＝Kε，ΔR為電阻絲變化值，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，ε為電阻絲長度的相對變化量ΔL/ L。通過測量電路將電阻變化轉(zhuǎn)換為電流或電壓輸出。
2、電阻應(yīng)變式傳感如圖1-1所示。傳感器的主要部分是上、下兩個懸臂梁，四個電阻應(yīng)變片貼在梁的根部，可組成單臂、半橋與全橋電路，最大測量范圍為±3mm。
1─外殼 2─電阻應(yīng)變片 3─測桿 4─等截面懸臂梁 5─面板接線圖
圖1-1 電阻應(yīng)變式傳感器
3、電阻應(yīng)變式傳感的單臂電橋電路如圖1-2所示，圖中R1、R2、R3為固定，R為電阻應(yīng)變片，輸出電壓UO＝EKε，E為電橋轉(zhuǎn)換系數(shù)。
圖1-2 電阻式傳感器單臂電橋?qū)嶒炿娐穲D
四、實驗步驟：
1、固定好位移臺架，將電阻應(yīng)變式傳感器置于位移臺架上，調(diào)節(jié)測微器使其指示15mm左右。將測微器裝入位移臺架上部的開口處，將測微器測桿使其與電阻應(yīng)變式傳感器的測桿磁鋼吸合，然后調(diào)節(jié)兩個滾花螺母使電阻式應(yīng)變傳感器上的兩個懸梁處于水平狀態(tài)，兩個滾花螺母固定在開口處上下兩側(cè)。
2、將實驗箱（實驗臺內(nèi)部已連接）面板上的±15V和地端，用導線接到差動放大器上；將放大器放大倍數(shù)電位器RP1旋鈕（實驗臺為增益旋鈕）順時針旋到終端位置。
3、用導線將差動放大器的正負輸入端短接，再將其輸出端接到數(shù)字電壓表的輸入端；電壓量程切換開關(guān)撥至20V檔；接通電源開關(guān)，旋動放大器的調(diào)零電位器RP2旋鈕，使電壓表指示向零趨近，然后切換到2V量程檔，旋動調(diào)零電位器RP2旋鈕使電壓表指示為零；此后調(diào)零電位器RP2旋鈕不再調(diào)節(jié)，根據(jù)實驗適當調(diào)節(jié)增益電位器RP1。
4、按圖1-2接線，R1、R2、R3（電阻傳感器部分固定電阻）與一個的應(yīng)變片構(gòu)成單臂電橋形式。
5、調(diào)節(jié)平衡電位器RP，使數(shù)字電壓表指示接近零，然后旋動測微器使電壓表指示為零，此時測微器的讀數(shù)視為系統(tǒng)零位。分別上旋和下旋測微器，每次0.4mm，上下各2mm，將位移量X和對應(yīng)的輸出電壓值UO記入下表中。
表 1-1
| X(mm) | 0 | ||||||||||
| UO(mV) | 0 |
，并且計算靈敏度和非線性誤差。2、傳感器的輸入電壓能否從＋5V提高到＋10V？輸入電壓的大小取決于什么？3、分析電橋測量電阻式傳感器特性時存在非線性誤差的原因。 
