金属箔式应变片与电桥测量电路

金属箔式应变片与电桥测量电路

实验一金属箔式应变片与电桥测量电路

本实验包含两个部分:

(1) 单臂电桥说明金属箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情况，

(2) 单臂、半桥、全桥特性比较。

实验1.1 单臂电桥

一、实验原理:

况。本实验说明金属箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情

应用应变片测试时，应变片牢固地粘贴在被测件表面上。当被测件受力变形时，应变片的敏感栅随同变形，电阻值也发生相应的变化。通过测量电路，将其转换为电压或电流信号输出。

电桥电路是非电量电测最常用的一种方法。当电桥平衡时，即 R1=R2 、

R3=R4 ，电桥输出为零。在桥臂 R1 、 R2 、 R3 、 R4 中，电阻的相对变化分别为? R1/R1 、? R/R 、? R2 , R2 、? R/3R3 、? R4/R4 。

桥路的输出与

当使用一个应变片时，

当使用二片应变片时，

如二片应变片工作，差动状态。则有

用四片应变片组成二个差动对工作，

R1=R1=R3,R4=R ，

于是

，所以，

由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。

二、实验所需部件

直流稳压电源、电桥、差动放大器、测微头，电压表(毫伏表)

三、实验步骤

1. 按图 1 所示将全部部件连接

其中差动放大器和毫伏表使用前都要调零，(电压表可不必调零)。毫伏表放在500mV 一挡比较合适，

图1 电桥电路连接

2. 将差动放大器调零

方法是用导线正负输入端连接起来，然后将输出端接到毫伏表的输人端，调整差动胶大器的增益旋钮，使增益尽可能大，同时调整差动放大器上的调零按钮，使毫伏表指示到零，调好后旋钮就不可再动。 3. 确认接线无误时开启电源

4. 在测微头离开悬臂梁，悬臂梁处于水平状态的情况下，通过调整电桥平衡电位器，系统愉出为零。

5. 装上侧微头，调整到系统输出为零，此时测微头读数为梁处于水平位置( 自由状态)，然后向上旋动测微头，从此位置开始，记下梁的位移与电压表指示

值，继续往下悬臂梁，一直到水平下 7 一 8mm为止，并记下对应位置的电压表的值。根据表中玩得数据计算灵敏度，并做出 v —x关系曲线

图2. V-X关系曲线

意事项: 四、注

差动放大器调零后电位器不应再动，系统调零只能用电桥调整平衡电位器。应变片可先用箱式片中除补偿片外的任何一片。为了尽量减轻干扰和漂移，差放的增益不要放到最大。

考虑问题:本实验对直流稳压源和差放电路有何要求,

五、简述实验目的和原理，实验步骤，并按要求完成实验报告

实验1.2 单臂、半桥、全桥特性比较

一、实验目的

验证单臂单桥、半桥、全桥的性能。

二、所需单元及部件

直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、双平行梁测微头。

三、实验原理

单臂、半桥、全桥是指在电桥组成工作时，有一个桥臂、二个桥臂、全部四个桥臂(用应变片)阻值都随被测物理量而变化。

电桥的灵敏度:电桥的输出电压(或输出电流)与被测应变在电桥的一个桥臂上引起的电阻变化率之间的比值，称为电桥的灵敏度。

如图3是直流电桥，它的四个桥臂由电阻R1、R2、R3、R4组成，U0是供桥电压，输出电压为:

图3 直流电桥

当R1×R3=R2×R4则输出电压U为零，电桥处于平衡状态。

如果将R4换成贴在试件上的应变片，应变片随试件的受力变形而变形，引起应变片电阻R4的变化，平衡被破坏，输出电压U发生变化。当臂工作时，电桥只有R4桥臂为应变片，电阻变为R，?R，其余各臂仍为固定阻值R,代入上式有:

组桥时，R1和R3，R2和R4受力方向一致。四、实验步骤

1. 有关旋钮的初始位置，直流稳压电源打到?4V，F/V表打到2V档，差动放大器增益旋到最大处。

2.按前述方法观察梁上应变片，将差动放大器调零。

3.按图4接线，首先图中R4为工作应变片(R4工作状态如图)，

图4 接线图

R1、 R2、R3为精密电阻，r及RD为调平衡网络

4.装好并调整好测微头使双平衡梁处于水平位置(目测，但要使测微头足够向下移动10mm位置)，将直流稳压电源打到?4V档。选择适当的放大增益，然后调电桥平衡电位器，使电压表指示为零(需预热几分钟表头才能稳定来)。

5.向下旋转测微头使梁向下移动,每隔1mm记下相应位移位置数和电压表读数填入下表。

保持放大器增益不变,将R3换为与R4工作状态相反的另一应变片(也就是6.

若选R4为" "标志应变片,则选R3为" "标志应变片),形成板桥,调好零点,同样测出读数,填入表中(格式同上).

7.保持差动放大器增益不变,R1、R2变为另两片工作应变片(工作状态也同样相反),接成一个直流电桥,调好零点。同样测出数据填入表(格式同上)。

五、注意事项

1.在更换应变片时应将电源关闭。

2.在实验过程中发现F/V表超量程,1或1显示，关机将量程扩大。

3.在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。

4.直流稳压电源不能打得过大，以免损坏应变片或造成严重的自热效应。

六、思考题

1. 为什么R3和R4的工作状态要相反?若相同,其输出电压将会是多少?

2.比较单臂、半臂、全臂的灵敏度、稳定性并说明原因。

3.电桥的灵敏度与什么因素有关,如何用电桥特性来提高灵敏度和消除不利因素的影响,

4.测量时，电桥不平衡会对测量产生什么影响，为什么每次测量前要重新检查平衡,