自动检测技术

实验一 箔式应变片性能――单臂电桥
一、实验目地：
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。

二、实验原理：
本实验说明箔式应变片及单臂直流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表面，当测件受力发生形变，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，转换成电信号输出显示。

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，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R 1、R 2、R 3、R 4中，电阻的相对变化率分别为△R 1／R 1、△R 2／R 2、△R 3／R 3、△R 4／R 4，当使
用一个应变片时，R
Δ
R =∑；当二个应变片组成差动状态工作，则有
R R
R Δ2=∑；用四个应变片组成二个差动对工作，且R 1＝R 2＝R 3＝R 4＝R ，R R
R Δ4=∑。

由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。

三、实验所需部件：
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、实验步骤：
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变化。

如需使用毫伏表，则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情况。

调零后关闭仪器电源。

2．按图将实验部件用实验线连接成测试桥路。

桥路中R
1、R
2
、R
3
、和
W
D
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、下梁中的一片工作片）。

直流激励电源为±4V。

测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。

3．确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。

调整电桥W
D
电位器，使测试系统输出为零。

4．旋动测微头，带动悬臂梁分别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0.5mm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
5.根据表中所测数据计算灵敏度S，S＝△V／△X，并在坐标图上做出V－X关系曲线。

＋
五、注意事项：
1．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接插线，以避免引入干扰。

2．接插线插入插孔，以保证接触良好，，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。

3．稳压电源不要对地短路。

六、实验总结
实验二箔式应变片三种桥路性能比较
一、实验原理：
说明实际使用的应变电桥的性能和原理。

已知单臂、半桥和全桥电路的∑R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·∑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的大小无关。

二、实验所需部件
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、实验步骤：
1．在完成实验一的基础上，不变动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R
1、R
2
、R
3
换成箔式应变片，分别接成半
桥和全桥测试系统。

2．重复实验一中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、数据记录及分析：
全桥电路：
五、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损坏。

3．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，以后实验中凡需过零的实验均可采用此种方法。

六、实验总结
实验三 霍尔式传感器的直流激励特性
一、实验目的：
了解霍尔式传感器的结构、工作原理，学会用霍尔传感器做静态位移测试。

二、实验原理：
霍尔式传感器是由工作在两个环形磁钢组成的梯度磁场和位于磁场中的霍尔元件组成。

当霍尔元件通以恒定电流时，霍尔元件就有电势输出。

霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V 取决于其在磁场中的位移量X ，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。

三、实验所需部件：
直流稳压电源、电桥、霍尔传感器、差动放大器、电压表、测微头。

四、实验步骤：
1．按图接线，装上测微头，调节振动圆盘上、下位置，使霍尔元件位于梯度磁场中间位置。

差动放大器增益适度。

开启电源，调节电桥W D ，使差放输出为零。

上、下移动振动台，使差放正负电压输出对称。

2．上、下移动测微头各7mm ，每变化1mm 读取相应的电压值。

并记入下表，作出V －X 曲线，求出灵敏度及线性。

W D
五、注意事项：
直流激励电压须严格限定在2V，绝对不能任意加大，以免损坏霍尔元件。

六、实验总结。