传感技术实验讲义个模板

实验一 单臂电桥、 半桥和全桥的比较

实验目的: 了解金属箔片式应变片, 验证单臂、 半桥、 全桥的性能及相互之间的关系。

所需单元及部件: 直流稳压电源、 电桥、 差动放大器、 双孔悬梁称重传感器、 砝码、 应变片、 F/V 表、 主、 副电源。

实验原理与公式: ( 1) 单臂电桥

平衡条件: R 1R 4 = R 2R 3

输出电压: 灵敏度:

( 2) 半桥

平衡条件: R 1R 4 = R 2R 3

输出电压:

R

R E U 1

04∆⋅

=4

E U K ＝

1

02R E U R

∆=⋅

灵敏度:

( 3) 全桥

平衡条件: R 1R 4 = R 2R 3

输出电压: 灵敏度:

旋钮初始位置:

直流稳压电源拨到2V 档, F/V 表拨到2V 档, 差动放大器增益旋钮调到最大。

实验步骤:

( 1) 了解所需单元、 部件在实验仪上的位置, 观察梁上的应变片, 应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下两片梁的外表面各贴两片应变片。

( 2) 差动放大器调零: 用连线将差动放大器的正( ＋) 、 负( －) 、

2

E U K ＝

1

0R U E

R

∆=E

U K ＝

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; 调节差动放大器的增益旋纽到最大位置, 然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零, 然后关闭主、副电源。

( 3) 根据下图, R1、R2、R3为电桥的固定电阻; R4＝Rx为应变片。将稳压电源的切换开关置4v档, F/V表置20v。开启主、副电源, 调节电桥平衡网络中的W1, 使F/V表显示为零, 等待数分钟后将F/V表置2v, 再调节电桥W1( 慢慢调) 使F/V表显示为零。

( 4) 在传感器的托盘上放上一只砝码, 记下此时的电压数值, 然后每增加一只砝码记下一个数值并将这些数值填入下表。

表1

重量(g)

电压(mv)

( 5) 保持放大器增益不变, 将固定电阻R3换为与R X(R4)工作状态相反的另一应变片, 即取两片受力方向不同的应变片, 形成半桥, 调节

电桥的W 1使F/V 表显示为零, 重复( 4) 过程同样测得读数, 填入表2。

表2

( 6) 保持差动放大器增益不变, 将R 1, R 2两个固定电阻换成两片受力应变片, 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的原则即可, 否则相互抵消没有输出电压。接成一个直流全桥, 调节电桥的W 1, 同样使F/V 表显示为零。重复( 4) 过程将读出数据填入表3

表3

( 7) 根据所得结果计算系统的灵敏度 S ＝

V

W

∆∆ , 在同一坐标纸上描出V —W 曲线, V ∆为电压变化量,

W ∆为相应的重量变化量, 并比较三种接法的灵敏度。

注意事项:

( 1) 实验仪器中电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在, 仅作为一个标记, 让学生组桥容易。

( 2) 做此实验时应将低频振荡器、 音频振荡器的幅度调至最小, 以减小其对直流电桥的影响。

( 3) 实验过程中, 直流稳压电源输出不允许大于4V , 以防应变片过

热损坏。

( 4) 不能用手触及应变片及过度弯曲平行梁, 以免应变片损坏。

( 5) 当加入砝码后电压表读数无变化时, 一般是少接了两根线, 即W1与＋4v的连线, W1与—4v的连线。

( 6) 当F/V表读数比标准值减少一半左右时, 一般是直流稳压电源拨到＋2v档位, 应拨到＋4v档位。

( 7) 在更换应变片时应将电源关闭。

( 8) 在实验过程中如发现电压表发生过载, 应将电压量程扩大。

( 9) 实验过程中只能将放大器接成差动形式, 否则系统不能正常工作。

( 10) 接成全桥时请注意区别各应变片的工作状态方向。

( 11) 实验中用到所需单元时, 则该单元上的有关电源开关应闭合, 完成实验后应关闭所有开关及输出。

思考题:

( 1) 本实验电路对直流稳压电源有何要求? 为什么?

( 2) 本实验电路对差动放大器有何要求? 为什么?

( 3) 单臂电桥的非线性误差为多少?

( 4) 半桥的非线性误差为多少?

( 5) 全桥的非线性误差为多少?

附: r＝1K

W1=W2=22K

C= 300P

实验二差动变压器(互感式) 的性能

实验目的: 了解差动变压器原理及工作情况

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11A。

所需单元及步件:

音频振荡器、测微头、示波器、主、副电源、差动变压器、振动平台。

有关旋钮室始位置:

音频振荡器4KHz—8KHz之间, 双踪示波器第一通道灵敏度500mv/div, 第二通道灵敏度10mv/div, 触发选择打到第一通道, 主、副电源关闭。实验步骤:

( 1) 根据图11B接线, 将差动变压器、音频振荡器( 必须LV输出) 、双踪示波器连接起来, 组成一个测量线路。开启主、副电源, 将示波