实验六半导体应变计直流半桥测试系统.docx
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实验六半导体应变计直流半桥测试系统
《传感器技术》实验指导书水利与建筑工程学院电气工程专业)
陈春国编写
西北农林科技大学水利与建筑工程学院
二0一四年十月
实验一箔式应变片性能单臂电桥1
实验二箔式应变片三种桥路性能比较3
实验三半导体应变计直流半桥测试系统5
实验四箔式应变片组成的交流全桥6
实验五差动变压器性能8
实验一箔式应变片性能——单臂电桥
1.实验目的:
1.观察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。
2.实验原理:
通过本实验进一步了解箔式应变片及单臂电桥的原理和工作情况。
应变片是最常用的测力传感元
件,当用应变片测试时,应变片要牢固地粘贴在测试体的表面。
当测件受力产生形变,应变片的敏感栅
随同变形,其电阻值也随同发生相应的变化。
通过测量电路就可以转换为对应的电信号输出,并显示测
量数据。
电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种,当电桥平衡时,桥路对角臂电阻乘积相等,电桥输
出为零,这就是未受力时的零点。
在四个桥臂上的电阻分别为R1、R2、R3、
R4中,电阻的相对变化率分别为RiRi、R2R2、R3R3、R4R4,当使用一个应变片时,
RR;当两个应变片组成差动状态工作时,则有R2RR;若用四个应变片组成二个差动对
工作,且RiR2R3R4R,R4RR。
通过上述可以看出单臂电路,半桥电路,全桥电路的灵敏度依次增大。
3.实验设备:
直流稳压电源(土4V档)、电桥电路、差动放大器、箔式应变片、测微头(或双孔悬臂梁、称重砝码)电压表及连接线等。
-4V0
实验步骤:
1.
100倍(顺时针方向旋到底),“+、-”输入端用实
调零:
开启仪器电源,差动放大器增益置于
验线对地短路。
输出端接数字电压表,然后用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零值即可。
调零后电位器位置不能变化,不许再动该电位器,然后拔掉实验线。
如需要使用毫伏表,则应将毫伏表输入端对地短路,调整“调零”电位器,使指针居“零”位。
拔掉短路线,指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常现象。
不要在进行调零。
调
零后关闭仪器电源。
2.按图1电路将实验部件用实验线连接成测试桥路。
桥路中R,、R2、R3和WD为电桥中的固
定电阻和直流调平衡电位器,R为应变片(可任选上、下梁中的一片作为工作片)。
直流激励
电源电压为土4V,测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上,适当调节使应变梁处于基本水平状态。
3.确认接线无误后再开启仪器电源,并应使仪器预热3〜5分钟后,才能进行实验。
接好线后,请
实验指导老师对接线进行检查,以免损坏仪器设备。
调整WD电位器,使测试系统输出为零。
4.旋转测微头,带动悬臂梁分别做向上运动;向下运动,以水平状态下输出为零。
向上或向
5.下运动各5mm,测微头每移动0.5mm记录一个差动放大器输出电压值,并列入表中。
(或在双
孔悬臂梁称重平台上依次放上砝码,进行上述实验)。
位移
mm
电压
V
根据表中所测数据计算灵敏读S,SX「V,并在坐标图上作出V—X关系曲线。
五、注意事项:
6.进行实验前应检查实验接插线是否完好,连接电路时应尽量使用较短的插接线,以免引入干扰。
7.接插线插入插孔时应轻轻地做一小角度旋转,以保证接触良好,拔出时也轻轻地旋转一下拔出,
切忌用力拉扯接插线的尾部,以免造成导线断裂。
8.不允许将稳压电源对地短路,以免损坏电源。
实验二箔式应变片三种桥路性能比较
实验目的:
通过本实验进一步了解三种桥式测量电路的性能,各种桥路的工作原理及其电压灵敏度的大小。
实验原理:
已知单臂桥路、半桥电路、全桥电路如图所示,单臂桥路的RRR,半桥电路的
R2RR,全桥电路的R4RR。
根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于14ER,电桥的灵敏度为KuVRR,于是对应于单臂桥路、半桥、全桥的电压灵敏度分别为E4、E2、E。
由此可知,当E和电阻相对变化率一定时,电桥电压灵敏度与各桥臂阻值大小无关。
图3全桥测试电路
三..实验设备:
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.实验步骤:
1.在完成实验一的基础上,不变动差动放大器的增益和调零电位器,依次按图1、图2、图3的
接线,将电桥固定电阻换成箔式应变片,组成半桥和全桥测试系统。
2.重复实验一的3〜4步骤,测出半桥和全桥的输出电压值与位移值记入表中,计算灵敏度。
3.在同一坐标上绘出三种桥路的V—X曲线,比较三种桥路的电压灵敏度,并做出定性的结论,
五.注意事项:
1.应变片接入电路时注意其受力方向,一定要接成差动形式。
2.直流激励电源电压不能过大,以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-正向的最大值调,再从零-负向最大值调试,因此容易造成零点漂移,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。
P—
X数据,
实验三半导体应变计直流半桥测试系统
一、实验目的
通过实际运用的半导体半桥电路,与半导体单臂电路进行性能比较。
二、实验所需部件
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
N结温度传感器或热电偶作测温参考)、加热器。
三、实验步骤
1、按图
(1)接线,电桥中R和R为半导体应变计。
开启电源后预热数分钟。
2、按单臂电桥实验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、作出V—X曲线,求出灵敏度,测出温度变化时的温漂。
四、注意事项
此实验中直流激励电压只能用2V,以免引起半导体自热。
实验四箔式应变片组成的交流全桥
、实验目的
本实验说明交流激励的四臂应变电桥的原理及工作情况。
、实验原理
图
(1)
图
(1)是交流全桥的一般形式。
当电桥平衡时,ZlZ4=Z2Z3,电桥输出为零。
若桥臂阻抗相对相对
变化为△乙/Z1、AZZ2、\Z3/Z3、AZ4/Z4,则电桥的输出与桥臂阻抗的相对变化
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需部均为零的条件下才会平衡。
三、实验所需部件
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、测微仪、示波器。
四、实验步骤
1、调节测微头使梁处于水平位置,调节电桥直流调平衡电位器WD,使系统输出基本为零。
仔细调节交流调平衡电位器Wa,使系统输出为零。
2、用示波器观察各环节波形,测量读数,列表填入V、X值,作出V—X曲线,求出灵敏度。
位移
mm
电压
mv
五、注意事项
1、欲提高交流全桥的灵敏度,可用示波器观察相敏检波器输出端波形,若相敏检波器输出端波形
脉动成份较大,则系统虽然可以调零,但灵敏度较低,提高灵敏度的方法是当系统初步调零后,再调节
电桥中的Wd电位器,使相敏检波器输出波形尽量平直,然后用手将悬臂梁压到最低,调节“移相”旋纽,使相敏输出端波形为相连接的整流波形。
再放手恢复梁的自然位置,调节“Wd”,之系统输出为零,
这样系统灵敏度会最高。
2、做交流全桥实验时用指针式毫伏表可以比较直观的看出应变梁在正、反向受力时系统输出电压。
实验五差动变压器性能
、实验目的
了解差动变压器的基本结构及原理,通过实验验证差动变压器的基本特性。
、实验原理
差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。
初级线圈做为差动变压器激励用,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,工作是建立在互感基础上的。
其原理及输出特性见图
(1)。
四、实验步骤
1、按图
(2)接线,差动变压器初级线圈必须从音频振荡器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4KHZ,输出值Vp-p=2V。
3、用手提压变压器磁芯,观察示波器第二通道波形是否能过零翻转,如不能则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
过程中应注意初、次级波形的相位关系。
位移
mm
电压
mv
5、仔细调节测微仪使次级线圈的输出波形为最小,这就是零点残余电压。
可以看出它与输入电压的相位差约为*2,是基频分量。
6、根据表格所列结果,画出Vop-p—X曲线,指出线形工作范围。
五、注意事项示波器第二通道为悬浮工作状态。