检测与转换技术 第3版 实验报告及答案 (常健生)

实验报告配套教材：

书名：检测与转换技术 第3版
作者：常健生 石要武 常瑞
出版社：机械工业出版社

实验报告概述：

一、实验目的 1、了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。 2、验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系。 二、实验原理 1、本实验说明金属箔式应变片及单臂直流电桥的电源的原理和工作情况。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表面，都拿过测试受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其他电阻也随之发生相应的变化，通过测量电路转换成电信号输出显示。当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为0，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为R1//R1, R2/R2,R3/R3,R4/R4，当使用一个应变片时，；当两个应变片组成差动状态工作，则有；用四个应变片组成两个差对工作，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。 2、说明实际使用的应变电桥的性能和原理。已知单臂、半桥、和全桥电路ΣR分别为△R/R、2△R/R、4△R/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1/4.E. ΣR，电桥灵敏度Ku=V/△R/R，于是对应单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为1/4.E、1/2.E、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的大小无关。 三、所需单元及部件 　　　直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、测微头、双平行梁、应变片、主、副电源。有关旋钮初始位置：直流稳压电源打到±2V档，F/V表打到2V档，差动放大器增益打到最大。 四、实验步骤 （1）将差动放大器调零（用连线将差动放大器的正、负、地短接。将差动放大器的输出端与F/V表的输入插口Vi相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零，关闭主、副电源）后，关闭主、副电源。 （2）按图一接线，图中Rx=R4为工作片，r及W1为电桥平衡网络 （3）调整测微头使双平行梁处于水平位置（目测），将直流稳压电源打到±4V档。选择适当的放大增益，然后调整电桥平衡电位器W1，使表头显示零（须预热几分钟才能稳定下来）。 （4）旋转测微头，使梁移动，每隔0.5mm读一个数，将测得数值填入表1，然后关闭主、副电源。 表1 位移（mm） 电压（mV） （5）保持放大器增益不变，将R3固定电阻换成与R4工作状态相反的另一应变片，即取二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使F/V表显示为零，重复（4）过程同样测得读数填入表2。 位移（mm） 电压（mV） 表2 （6）保持放大器增益不变，将R1、R2两个固定电阻换成另两片受力应变片（即R1换成 R2换成 ） 组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反即可，否则相互抵消没有输出。接成一个直流全桥，调节测微头使梁到水平位置，调节电桥W1同样使F/V表显示零。重复（4）过程将读出数据填入表3。 表3 位移（mm） 电压（mV） （7）在同一坐标字上描出X-V曲线，比较三种接法的灵敏度。 五、注意事项 （1）在更换应变片时应将电源关闭。 （2）在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。 （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±4V不能打得过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。 （5）接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。 六、X-V曲线（用坐标纸画图） 七、实验小结