测试技术实验报告最终版

机械工程与应用电子技术学院

测试技术基础

实验报告

姓名

学号

成绩

2014年6月

实验一 直流电桥实验

一 实验目的

金属箔式应变片的应变效应，单臂、半桥、全桥测量电路工作原理、性能。

二 实验仪器

应变传感器实验模块、托盘、砝码、试验台（数显电压表、正负15V 直流电源、正负4V 电源）。

三 实验原理

电阻丝在外力作用下发生机械变形，电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，关系式：

ε⋅=∆k R

R

（1-1） 式中

R

R

∆为电阻丝电阻相对变化； k 为应变灵敏系数； l

l

∆=

ε为电阻丝长度相对变化。 金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件。如图1-1所示

通过这些应变片转换弹性体被测部位受力状态变化，电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，

（1）单臂电桥：如图1-2所示R R R R ===765为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压

R

R R

R E U ∆⋅+∆⋅=

21140 （1-2） E 为电桥电源电压；

式（1-2）表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为%10021⋅∆⋅-=R

R

L 。 （2）半桥：不同受力方向的两只应变片接入电桥做为邻边，如图1-3。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值想同、应变数也相同时，半桥的输出电压为

R

R

E k E U ∆⋅=⋅⋅=

220ε （1-3） 式中

R

R

∆为电阻丝电阻相对变化； k 为应变灵敏系数； l

l

∆=

ε为电阻丝长度相对变化；

E 为电桥电源电压。

式（1-3）表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。

（3）全桥：全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图1-4，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出

R

R

E U ∆⋅

=0 （1-4） 式中E 为电桥电源电压;

R

R

∆为电阻丝电阻相对变化。 式（1-4）表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。

（4）比较：根据式（1-2）、（1-3）、（1-4）电桥的输出可以看出，在受力性质相同的情况下，单臂电桥电路的输出只有全桥电路输出的1/4，而且输出与应变片阻值变化率存在线性误差；半桥电路的输出为全桥电路输出的1/2。半桥电路和全桥电路输出与应变片阻值变化率成线性。 四 实验内容与步骤

1.应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块上方的R 1、R 2、R 3、R 4上。R 1、R 3为梁上部电阻，R 2、R 4为梁下部电阻，当悬臂梁一端加重物时，R 1、R 3受拉力，R 2、R 4受压力。

2.差动放大器调零。从主控台接入±15V 电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui 短接并与地短接，输出端Uo 2借数显电压表（选择2V 档）。将电位器Rw3调到增益最大位臵（顺时针转到底），调节电位器Rw4使电压表显示为0V 。关闭主控台电源。（Rw3、Rw4的位臵确定后不能改动）拔掉差动放大器输入端的短接线。

3.按图1-2连线，将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂直流电桥。

加托盘。电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw1使电压表显示为零。

4.在应变传感器托盘上放臵一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填入表中单臂一列。

5.保持差动放大电路不变，仿照步骤3，分别按图1-4，1-6将应变电阻连接

成半桥和全桥电路，做半桥和全桥性能实验，并将实验数据记录在下表中。

五 实验数据及处理、分析

1.根据实验所得数据分别计算单臂、半桥、全桥系统灵敏度W U S ∆∆=（U ∆为输出电压变化量，W ∆为重量变化量）。

实验数据记录表（1）单臂：S=0.0015

（2）半桥：S=0.0028

（3）全桥：S=0.0056

实验二交流全桥称重实验

一、实验目的

1、了解交流全桥电路的原理，了解信号调理和信号处理的基本方法，理解移相器、相敏检波器和低通滤波器的原理。通过本实验加深对交流电桥、信号调制与解调、滤波和放大概念的理解。

2、能够通过改变交流全桥的激励频率以提高和改善测试系统的抗干扰性和灵敏度，掌握测试信号的基本流程，熟练使用基本的信号测试工具。

二实验仪器

移相器、相敏检波器、低通滤波器实验模块，应变传感器实验模块，±15V 电源，音频信号源，ＮＩ6251 采集卡、装有labview 和NI 采集卡驱动的计算机。三实验原理

交流电桥工作时增大相角差可以提高灵敏度，传感器最好是纯电阻性或纯电抗性的。交流电桥只有在满足输出电压的实部和虚部均为零的条件下才会平衡。在一般情况下，交流电桥的供桥电源必须具有良好的电压波形和频率稳定度。实验室一般采用5~10KHz 音频交流电源作为交流电桥电源。这样，电桥输出将为调制波，外界工频干扰不易从线路中引入，并且后接交流放大电路简单而无零飘。

采用交流电桥时，必须注意到影响测量误差的一些因素，例如，电桥中元件之间的互感影响、无感电阻的残余电抗、临近交流电路对电桥的感应作用、泄露电阻以及元件之间、元件与地之间的分布电容等。

四实验内容与步骤

1、连接NI 数据采集卡和转接板，将数据采集卡与电脑用数据线连接，开启实验台电源和数据采集卡开关，运行”measurement&automation”察看输入通道在转接板上的对应位臵（AI0~68，AI1~33，GND~67）

2、将音频信号源1 0 Us （左边信号源）输入AI0，调节信号源频率和幅度旋钮，使得信号源输出1kHz，Vp-p＝6V 正弦信号

3、按图正确接线，图中的示波器我们用数采卡取代，将相敏检波器的输出接入采集卡ＡＩ0通道，低通滤波器的输出接ＡＩ１通道。

4、调节Rw3 到最大，差分放大电路输入短路，调节Rw4 使Uo2 输出为零（用