实训一箔式应变片性能单臂电桥.docx

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实训一箔式应变片性能单臂电桥

实训一箔式应变片性能――单臂电桥

一、实训目地：

1．观看了解箔式应变片的结构及粘贴方式。

2．测试应变梁变形的应变输出。

3．比较各桥路间的输出关系。

二、实训原理：

本实训说明箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情形。

应变片是最经常使用的测力传感元件。

当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的灵敏栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的转变。

通过测量电路，转换成电信号输出显示。

电桥电路是最经常使用的非电量电测电路中的一种，当电桥平稳时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对转变率别离为△R1／R1、△R2／R2、△R3／R3、△R4／R4，当利用一个应变片时，

；当二个应变片组成差动状态工作，那么有

；用四个应变片组成二个差动对工作，且R1＝R2＝R3＝R4＝R，

。

由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。

三、实训所需部件：

直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、（或双孔悬臂梁、称重砝码）、电压表。

四、实训步骤：

1．调零。

开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“＋、－”输入端用实训线对地短路。

输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实训线。

调零后电位器位置不要转变。

如需利用毫伏表，那么将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居“零”位。

拔掉短线路，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情形。

调零后关闭仪器电源。

2．按图

（1）将实训部件用实训线连接成测试桥路。

桥路中R1、R2、R3、和WD为电桥中的固定电阻和直流调平稳电位器，R为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。

直流鼓励电源为±4V。

图

（1）

测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调剂使应变梁处于大体水平状态。

3．确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。

调整电桥WD电位器，使测试系统输出为零。

4．旋动测微头，带动悬臂梁别离作向上和向下的运动，以悬臂梁水平状态下电路输出电压为零为起点，向上和向下移动各5mm，测微头每移动记录一个差动放大器输出电压值，并列表。

（或在双孔悬臂梁称重平台上依次放上砝码，进行上述实训）。

位移mm

电压

V

依照表中所测数据计算灵敏度S，S＝△V／△X，并在座标图上做出V－X关系曲线。

五、注意事项：

1．实训前应检查实训接插线是不是完好，连接电路时应尽可能利用较短的接插线，以幸免引入干扰。

2．接插线插入插孔，以保证接触良好，，切忌使劲拉扯接插线尾部，以避免造成线内导线断裂。

实训二箔式应变片三种桥路性能比较

一、实训原理：

说明实际利用的应变电桥的性能和原理。

已知单臂、半桥和全桥电路的∑R别离为△R/R、2△R／R、4△R／R。

依照戴维南定理能够得出测试电桥的输出电压近似等于1/4·E·∑R，电桥灵敏度Ku＝V／△R／R，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度度别离为1/4E、1/2E和E.。

由此可知，当E和电阻相对转变一按时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。

二、实训所需部件

直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、（或双孔悬臂梁、称重砝码）、电压表。

三、实训步骤：

1．在完成实训一的基础上，不变更差动放大器增益和调零电位器，依次将图

（1）中电桥固定电阻R1、R2、R3换成箔式应变片，别离接成半桥和全桥测试系统。

2．重复实训一中3－4步骤，测出半桥和全桥输出电压并列表，计算灵敏度。

3．在同一坐标上描出V－X曲线，比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。

四、注意事项：

1．应变片接入电桥时注意其受力方向，必然要接成差动形式。

2．直流鼓励电压不能过大，以避免造成应变片自热损坏。

3．由于进行位移测量时测微头要从零－→正的最大值，又答复到零，再－→负的最大值，因此容易造成零点偏移，因此计算灵敏度时可将正△X的灵敏度与负的△X的灵敏度分开计算。

再求平均值，以后实训中凡需过零的实训都可采纳此种方式。

实训三箔式应变片的温度效应

一、实训目的：

说明温度转变对应变测试系统的阻碍。

二、实训原理：

温度转变引发应变片阻值发生转变的缘故是应变片电阻丝的温度系数及电阻丝与测试中的膨胀系数不同。

由此引发测试系统输出电压发生转变。

三、实训所需部件：

直流稳压电源、电桥、差动放大器、电压表、测微头、加热器、温度计（可用仪器中的P－N结温度传感器或热电偶作测温参考）。

四、实训步骤：

1．按图

（1）接线，开启电源，调整系统输出为零。

2．记录加热前测试系统感受的温度，可用热电偶或集成温度传感器测得。

3．开启“加热”电源，观看测试系统输出电压随温度升高而发生的转变。

待电压读数大体稳固跋文下电压值及温度升高值。

4．求出温度漂移值△V／△T。

五、注意事项：

由于本仪器中所利用的BHF箔式应变片具有防自蠕变性能，因此温度系数仍是比较小的。

实训四应变电路的温度补偿

一、实训目的：

由于温度转变引入了测量误差，因此有效测试电路中必需进行温度补偿。

二、实训原理：

用补偿片法是应变电桥温度补偿方式中的一种，如图

（2）所示。

在电桥中，R1为工作片，R2为补偿片，R1＝R2。

当温度转变时两应变片的电阻转变△R1与△R2符号相同，数量相等，桥路如原先是平稳的，那么温度转变后R1R4＝R2R3，电桥仍知足平稳条件，无漂移电压输出，由于补偿片所贴位置与工作片成90°，因此只感受温度转变，而不感受悬臂梁的应变。

图

（2）图（3）

三、实训所需部件：

直流稳压电源、电桥、差动放大器、电压表、测微头、加热器、温度计（可用仪器中的P－N结温度传感器或热电偶作测温参考）。

四、实训步骤：

1．按图（3）接好线路，图中R′和R″别离为箔式工作片和补偿片。

2．重复实训三1－4步骤，求出接入补偿片后系统的温度漂移，并与实训三的结果进行比较。

五、注意事项：

应正确选择补偿片。

在面板的应变片接线端中，从左至右1－8对接线端别离是：

1－上梁半导体应变片，2－下梁半导体应变片。

－上梁箔式应变工作片，－下梁。

应变工作片，－上、下梁温度补偿片。

电路中工作片与补偿片应在同一应变梁上。

实训五半导体应变计性能

一、实训目的：

说明半导体应变计的灵敏度和温度效应。

二、实训原理：

由于材料的阻值

，那么

当应变

，灵敏度

;关于箔式应变片，K箔≈1＋2μ，主若是由形变引发。

关于半导体应变计，K半≈（△ρ/ρ）/∑,要紧由电阻率转变引发。

由于半导体材料的“压阻效应”专门明显，能够反映出很微小的形变，因此K半要大于K箔，可是受温度阻碍大。

图（4）

三、实训所需部件：

直流稳压电源、电桥、差动放大器、半导体应变计、测微头、电压表、温度计（可用仪器中的P－N结温度传感器或热电偶作测温参考）。

四、实训步骤：

1．按图（4）接线，R′是半导体应变计，另一臂电阻是电桥上固定电阻。

开启电源后预热数分钟。

2．按单臂电桥实训步骤调整悬臂梁位置，调整系统输出，用测微头进行位移，记录V，X数据，作出V－X曲线，求出灵敏度。

3．从头调整测试系统输出为零。

记录加温前的工作温度T。

4．打开“加热”开关，观看随温度升高系统输出电压温漂情形。

待电压稳固后测得温升，求出系统的温漂△V／△T。

五、注意事项：

此实训中直流鼓励电压只能用±2V，以避免引发半导体自热。

实训六半导体应变计直流半桥测试系统

一、实训目的：

通过实际运用的半导体半桥电路，与实训五的半导体单臂电路进行性能比较,专门是要比较两种测试系统的漂移现象.

二、实训所需部件：

直流稳压电源、电桥、差动放大器、半导体应变计、测微头、电压表、温度计（可用仪器中的P－N结温度传感器或热电偶作测温参考）、加热器。

三、实训步骤：

1．按图（5）接线，电桥中R′和R″为半导体应变计。

2．按实训五步骤测出V，X值，画出V－X曲线，求出灵敏度，测出温度转变时的温漂。

图（5）

四、注意事项：

此实训的测试条件应与实训五一致。

实训七箔式应变片与半导体应变片性能比较

一、实训目的：

通过实训比较两种应变电路的灵敏度与温度特性

二、实训所需部件：

直流稳压电源、差动放大器、箔式应变片、半导体应变片、测微头、电压表、加热器、温度计（可用仪器中的P－N结温度传感器或热电偶作测温参考）。

三、实训步骤：

1．别离做箔式单臂电桥和半导体式单臂电桥实训，接线如图

（1）所示，直流鼓励源为±2V，差动放大器增益为100倍。

调整系统，在相同的实训条件下别离测得两组数据填入表格，求出灵敏度。

位移Xmm

灵敏度

V半导体单臂

V箔式单臂

V半导体半桥

V箔式半桥

2．将电桥中一固定电阻换成应变片，做箔式半桥和半导体半桥实训，将测得的两组数据别离填入表格，求出灵敏度。

3．在同一坐标上画出四条V－X曲线以作比较。

4．别离对箔式变片和半导体应变片加热，测出两种测试电路的温漂，并进行比较。

实训结果以证明实训五中对半导体应变片性能的分析。

四、注意事项：

进行上述实训时鼓励电压，差动放大器增益、测微头起始点位置等实训条件必需一致，不然就无可比性。

实训八移相器实训

一、实训目的：

说明由运算放大器组成的移相电路的工作原理。

移相器电路

图（6）

二、实训原理：

图（6）为移相电路示用意。

该电路的团环增益

把拉普拉氏算符换成频率域的参数，那么取得：

又改写为

在实训电路中，常设定幅频特性︱G（jω）︱＝1,为此选择参数R1=RF=10KΩ由上,R=20KΩ,那么输出幅度与频率无关，闭路增益可简化为：

当R=2R1=2RRF时，︱G（jω）︱＝1。

由上式能够取得相频特性表达式：

由tgΨ表达式和正切三角函数半角公式能够取得：

因此能够取得相移ψ为：

电阻R能够在很宽的范围内转变，当WRC专门大时，相移ψ－→O，式中负号表示相位超前，如将电路中R和C互换位置，那么可取得相位滞后的情形。

若是阻容网络Rc不变，那么相移将随输入信号的频率而改变。

三、实训所需部件：

移相器、音频振荡器、双线示波器。

四、实训步骤：

1．音频振荡器频率、幅值旋钮居中，将信号（0°或180°都可）送入移相器输入端。

2．将双线示波器两测试线别离接移相器输入输出端，调整示波器，观看波形。

3．调剂移相器“移相”旋钮，观看两路波形的相位转变。

4．改变音频振荡器频率，观看不同频率时移相器的移相范围。

5．依照移相器实际电路图分析其工作原理。

五、注意事项：

因为本实训仪中音频信号由函数发生器产生，因此通过移相器后波形局部有些畸变，这不是仪器故障。

实训九相敏检波器实训

一、实训目的：

说明由施密特开关电路及运放组成的相敏检波电路的原理。

二、实训原理：

相敏检波电路如图（7）所示：

图中①为输入信号端，③为输出端，②为交流参考电压电输入端，④为直流参考电压输入。

当②、④端输入操纵电压信号时，通过差动放大器的作用使D和J处于开关状态，从而把①端输入的正弦信号转换成半波整流信号。

图（7）

三、实训所需部件：

相敏检波器、移相器、音频振荡器、直流稳压电源、低通滤波器、电压表、示波器。

四、实训步骤：

1．将音频振荡器频率、幅度旋钮居中，输出信号（0°或180°都可）。

接相敏检波器输入端。

2．将直流稳压电源2V档输出电压（正或负都可）接相敏检波器④端。

3．示波器两通道别离接相敏输入、输出端，观看输入、输出波形的相位关系和幅值关系。

4．改变④端参考电压的极性，观看输入、输出波形的相位和幅值关系。

由此能够得出结论：

当参考电压为正时，输入与输出同相，当参考电压为负时，输入与输出反相。

5．将音频振荡器0°端输出信号送入移相器输入端，移相器的输出端与检敏检波器的参考输入端②连接，相敏检波器的信号输入端接音频0°输出。

6．用示波器两通道观看附加观看插口⑤、⑥的波形。

能够看出，相敏检波器中整形电路的作用是将输入的正弦波转换成方波，使相敏检波器中的电子开关能正常工作。

7．将相敏检波器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通输出端接数字电压表20V档。

8．示波器两通道别离接相敏检波器输入、输出端。

9．适当调剂音频振荡器幅值旋钮和移相器“移相”旋钮，观看示波器中波形转变和电压表电压值转变，然后将相敏检波器的输入端改接至音频振荡器180°输出端口，观看示波器和电压表的转变。

由上能够看出，当相敏检波器的输入信号与开关信号同相时，输出为正极性的全波整流信号，电压表指示正极性方向最大值，反之，那么输出负极性的全波整流波形，电压表指示负极性的最大值。

10．调剂移相器“移相”旋钮，利用示波器和电压表，测出相敏检波器的输入VP－P值与输出直流电压的关系。

11．使输入信号与参考信号的相位改变180°，测出上述关系。

输入VP－P（V）

输出Vo（V）

五、注意事项：

检敏检波器最大输入电压VP－P值为20V。

实训十箔式应变片组成的交流全桥

一、实训目的：

本实训说明交流鼓励的四臂应变电桥的原理及工作情形。

图（8）

二、实训原理：

图（8）是交流全桥的一样形式。

当电桥平稳时，Z1Z4＝Z2Z3，电桥输出为零。

假设桥臂阻抗相对转变为△Z1／Z1、△Z2／Z2、△Z3／Z3、△Z4／Z4，那么电桥的输出与桥臂阻抗的相对转变

交流电桥工作时增大相角差能够提高灵敏度，传感器最好是纯电阻性或纯电抗性的。

交流电桥只有在知足输出电压的实部和虚部均为零的条件下才会平稳。

三、实训所需部件：

电桥、音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、测微头、示波器。

四、实训步骤：

1．按图（8）接线，确认无误后开启电源，音频振荡器输出幅度和频率居中。

2．调剂测微头使梁处于水平位置，调剂电桥直流调平稳电位器WD，使系统输出大体为零。

认真调剂交流调平稳电位器WA，使系统输出为零。

3．用示波器观看各环节波形，测量读数，列表填入V、X值，作出V－X曲线，求出灵敏度。

五、注意事项：

1．欲提高交流全桥的灵敏度，可用示波器观看相敏检波器输出端波形，假设相敏检波器输出端波形脉动成份较大，那么系统尽管能够调零，但灵敏度较低，提高灵敏度的方式是当系统初步伐零后，用手将悬臂梁下压至最低点，再调剂电路中的“移相”电位器，使相敏检波器输出波形尽可能平直，再调剂移相器“移相”旋钮，用示波器观看相敏检波器③端，使其输出波形为首尾相接的全波整流波形，然后再松开悬臂梁，用电桥调系统为零，如此系统灵敏度会最高。

2．做交流全桥实训时用指针式毫伏表能够比较直观地看出应变梁在正、反向受力时系统输出电压的转变情形。

实训十一激励频率对交流全桥的影响

一、实训原理：

由于交流电桥中的各类阻抗的阻碍，改变鼓励频率能够提高交流全桥的灵敏度和提高抗干扰性。

二、实训所需部件：

电桥、音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、测微头。

三、实训步骤：

1．接线、操作均按实训十进行。

2．音频振荡器0°端输出信号，频率从2KHZ－10KHZ，接交流全桥，别离测出系统输出电压，列表填好V，X值，在同一坐标上做出V－X曲线，比较灵敏度，并得出结论，该交流全桥工作在哪个频率时较为适合。

四、注意事项：

做上实训时频率改变音频振荡器幅值不变，不然无可比性。

Xmm

V2K（V）

V5K（V）

V8K（V）

V10K（V）

实训十二交流全桥的应用――振幅测量

一、实训目的：

说明交流鼓励的交流全桥的应用。

二、实训原理：

当梁受到不同的频率信号鼓励时，振幅不同，带给应变片的应力不同，电桥输出也不同。

假设鼓励频率和梁的固有频率相同时，产生共振，现在电桥输出为最大，依照这一原理能够找出梁的固有频率。

三、实训所需部件：

电桥、音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、测微头、示波器。

四、实训步骤：

1．依如实训十的电路接线，移开测微头，调剂电桥，使系统输出为零，并使系统灵敏度最大。

2．将低频振荡器输出端接至“激振II”端，现在悬臂梁开始振动。

3．用示波器观看差动放大器和低通滤波器的输出波形，注意调剂示波器的扫描时刻，差动放大器输出的是调幅波。

4．固定低频振荡器幅值旋钮不变，电压／频率表放2KHZ档，接低频振荡器输出端。

调剂低频振荡频率，用示波器读出系统最大振幅值，现在频率表所示即为梁的固有频率。

五、注意事项：

悬臂梁激振时振幅不宜太大，不然易造成应变片受损。

CSY10B型实训仪因应变片贴在双孔悬臂梁上，由于结构的缘故，因此不做振动实训

实训十三交流全桥组成的电子秤

一、实训目的：

本实训说明交流鼓励的应变全桥的实际应用。

二、实训所需部件：

音频振荡器、电桥、箔式应变片、差动放大器、移相器、相敏检波器，低通滤波器，称重砝码，称重平台。

三、实训步骤：

1．按实训十接好线路，在悬臂梁顶端磁钢上（或双孔悬臂梁平台上）放好称重平台，调剂系统为零。

2．在称重平台上慢慢加上砝码进行标定，并将结果填入表格。

W（g）

V（V）

3．取走砝码，在平台上加一未知重量的物品，记下电压表读数。

4．依照坐标上W－V曲线得知物品的大致重量。

实训十四差动变压器性能

一、实训目的：

了解差动变压器的大体结构及原理，通过实训验证差动变压器的大体特性。

二、实训原理：

差动变压器由衔铁、低级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。

低级线圈做为差动变压器鼓励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边。

差动变压器是开磁路，工作是成立在互感基础上的。

其原理及输出特性见图（9）

图（9）图（10）

三、实训所需部件：

差动变压器、音频振荡器、测微头、示波器。

四、实训步骤：

1．按图（10）接线，差动变压器低级线圈必需从音频振荡器LV端功率输出，双线示波器第一通道灵敏度500mv/格，第二通道10mv／格。

2．音频振荡器输出频率5KHZ，输出值VP－P2V。

3．用手提压变压器磁芯，观看示波器第二通道波形是不是能过零翻转，如不能那么改变两个次级线圈的串接端。

4．旋动测微头，带动差动变压器衔铁在线圈中移动，从示波器中读出次级输出电压VP－P值，读数进程中应注意初、次级波形的相位关系。

位移mm

电压V

5．认真调剂测微头使次级线圈的输出波形至不能再小，这确实是零点残余电压。

能够看出它与输入电压的相位差约为π／2，是基频分量。

6．依照表格所列结果，画出Vop-p－X曲线，指出线性工作范围。

五、注意事项：

示波器第二通道为悬浮工作状态。

实训十五差动变压器零残电压的补偿

一、实训目的：

由于零残电压的存在会造成差动变压器零点周围的不灵敏区，如此电压通过放大器还会使放大器未级趋向饱和，阻碍电路正常工作，因此必需采纳适当的方式进行补偿抵消。

二、实训原理：

零残电压中要紧包括两种波形成份：

1．基波分量。

这是由于差动变压器二个次级绕组因材料或工艺不同造成等效电路参数（M、L、R）不同，线圈中的铜损电阻及导磁材料的铁损，线圈中线间电容的存在，都使得鼓励电流与所产生的磁通不同相。

2．高次谐波。

主若是由导磁材料磁化曲线非线性引发，由于磁滞损耗和铁磁饱和的阻碍，使鼓励电流与磁通波形不一致，产生了非正弦波（主若是三次谐波）磁通，从而在二次绕组中感应出非正弦波的电动势。

减少零残电压的方法有：

（1）从设计和工艺制作上尽可能保证线路和磁路的对称。

（2）采纳相敏检波电路。

（3）选用补偿电路。

三、实训所需部件：

差动变压器、电桥、音频振荡器、示波器、差动放大器。

图（11）

四、实训步骤：

1．依照图（11）接线。

示波器第一通道500mv/格，第二通道1V／格，差动放大器增益100倍，音频LV端输出VP－P值2V。

2．调剂测微头带动衔铁在线圈中运动，使差动放大器输出电压最小，调整电桥网络，使输出更趋减小。

若是补偿成效不行那么可在电桥交流插口另并联一个数μf的电容。

3．提高示波器第二通道灵敏度，将零残电压波形与鼓励电压波形比较。

五、注意事项：

由于补偿线路要求差动变压器输出必需悬浮，因此需用差动放大器将次级的双端输出转换为单端输出，以便示波器观看。

实训十六差动变压器的标定

一、实训目的：

说明差动变器测试系统的组成和标定方式。

二、实训所需部件：

差动变压器、音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、示波表、测微头。

图（12）

三、实训步骤：

1．按图（12）接线，差动放大器增益适度，音频振荡器LV端输出5KHZ，VP-P值2V。

2．调剂电桥WD、WA电位器，调剂测微头带动衔铁改变其在线圈中的位置，使系统输出为零。

3．旋动测微头使衔铁在线圈中上、下有一个较大的位移，用电压表和示波器观看系统输出是不是正负对称（如有削波现象那么应减小差动放大器增益）。

如不对称那么需反复调剂衔铁位置和电桥、移相器，做到正负输出对称。

4．旋动测微头，带动衔铁向上5mm，向下5mm位移，每旋一周（）记录一电压值并填入表格。

位移mm

电压V

四、注意事项：

系统标定需调剂电桥、移相器、衔铁三者位置，正确的调剂方式是：

在步骤一、2以后用手将衔铁压至线圈最底部，调剂移相器，用示波器两个通道观看相敏检波器①、②端口，当两头口波形正好为同相或反相时恢复衔铁位置，如此才能做到系统输出灵敏度最高并正负对称。

实训十七差动变压器的振动测量

一、实训目的：

了解差动变压器的实际应用。

二、实训所需部件：

差动变压器、音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、示波器。

三、实训步骤：

1．按图（12）接线，调剂好系统各部份。

2．低频振荡器接入“激振I”，使振动圆盘维持适当振幅。