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实验三 箔式应变片三种桥路性能研究及应用

一、实验目的
1 进一步熟悉连接电路；
2 掌握三种电路的工作原理及输入与输出之间的关系；
3 比较三种电桥的输出。
4. 学会用变应式传感器做一个电子秤。
二、实验原理
说明实际使用的应变电桥的性能和原理。
其工作原理与单臂电桥的基本原理是一样的。应变片是最常用的测力元件。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（本实验中的悬臂梁）受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路（电桥），转换成电信号输出显示。
已知单臂、半桥和全桥电路的电阻相对变化率εr分别为ΔR/R、2ΔR/R、4ΔR/R。根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于是1/4·U·εr，电压灵敏度Kv=V/εr，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为1/4E、1/2E和E。由此可知，当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值阻的大小无关。
三、实验所需部件
1 直流稳压电源（±4V）
2 电桥
3 差动放大器
4 箔式应变片
5 测微头
6 电压表
四、实验电路

五、实验步骤及内容
（一） 双臂半桥的性能测试
1 差放“调零”
开启仪器电源，差放增益调至100倍（顺时针方向旋到底），“+，-”输入端用实验线对地短路。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，然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要再变化。
2 根据图（1）连接电路，接成双臂半桥的测试系统。其中，半桥中的R1、R2为应变片，且受力方向不一样。
3 装上测微头，调应变梁处于基本平衡状态。
4 加上电源，调WD使系统输出为零。
5 旋动测微头带动悬臂梁分别向上和向下运动，以水平状态下输出电压为零，向上和向下移动各7.5mm，测微头每移动1.5mm（即旋动圈）记录一下差动放大器输出电压值，记在表中。
（二） 全桥的性能测试
1 差放调零
方法同（一）中的1，不再赘述。
2 根据图（2）连接电路，注意R1、R2、R3、R4的受力方向。
3 系统调零（即电桥调零）
方法同（一）中的4。
4 旋动测微头使悬臂梁向上和向下运动各7.5mm，并记录差动放大器的输出结果，填入表中。
位移X（mm）
0
1.5
3.0
4.5
6.0
7.5
半桥
向上位移的输出V（V）
0

向下位移的输出V（V）
0

全桥
向上位移的输出V（V）
0

向下位移的输出V（V）
0

根据表中测试的结果，求出双臂半桥和全桥的灵敏度，并与单臂电桥的灵敏度进行比较。并在同一坐标中画出三种电桥的V-X的曲线图。
六、利用前面所学的知识，用应变片做一个电子秤
七、注意事项
1 应变片接入电桥时注意其受力方向，一定要接成差动形式。
2 直流激励电压不能过大，以免造成应变片自热而损坏。
3 由于进行位移测量时测微头要从零旋到正的最大值，又回复到零，再旋到负的最大值，因此容易造成零点偏移，必须进行系统调零，在计算灵敏度时可将正ΔX的灵敏度与负的ΔX的灵敏度分开计算，再求平均值，以后实验中凡需过零的实验均可采用此种方法。