文档介绍：实验二 电桥测试
(1)电阻式传感器的单臂电桥性能实验
一、实验目的
1、了解电阻应变式传感器的基本结构与使用方法。
2、掌握电阻应变式传感器放大电路的调试方法。
3、掌握单臂电桥电路的工作原理与性能。
二、实验所用单元
电阻应变式传感器、调零电桥,差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。
三、实验原理及电路
1、电阻应变式传感如图1-1所示。传感器的主要部分就是上、下两个悬臂梁,四个电阻应变片贴在梁的根部,可组成单臂、(双臂)半桥与全桥电路,最大测量范围为±3mm。
1─外壳 2─电阻应变片 3─测杆 4─等截面悬臂梁 5─面板接线图
图1-1 电阻应变式传感器
2、电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其阻值发生变化,这就就是电阻应变效应,其关系为:ΔR/ R＝KΔL/ L=Kε,ΔR为电阻丝变化值,K为应变灵敏系数,ε为电阻丝长度的相对变化量ΔL/ L。通过施加外力引起应变片变形,测量电路将电阻变化转换为电流或电压的变化。
对于金属应变片,Ks主要取决于式中的第一项。金属的泊松比通常在0、3左右,对于大多数金属Ks取2。本实验采用直流电桥来测量金属应变片的工作特性。
(1)电桥的工作原理
图2 、C端接直流电源,称供桥端,Uo称供桥电压;B、D 端接测量仪器,称输出端
UBD=UBC+UCD=UO[R3/(R3+R4)-R2/(R1+R2)] 1)
由式(1)可知,,在实测之前应使电桥平衡(称为预调平衡).
(2)电桥的加减特性
电桥的四个桥臂都由应变片组成,则工作时各桥臂的电阻状态都将发生变化(电阻拉伸时,阻值增加;电阻压缩时,阻值减小),△Ri<<Ri时,
d U=(¶ U/¶R1) d R1+(¶ U/¶R2) dR2+(¶ U/¶R3) dR3+(¶ U/¶R4) dR4 2)
其中U =U BD .
对于全等臂电桥,R1=R2=R3=R4=R,各桥臂应变片灵敏系数K相同,上式可简化为
d U=0、25UO(d R1 / R1- d R2 / R2+ d R3 / R3- d R4 / R4) 3)
当△Ri<<R 时,此时可用电压输出增量式表示
D U=0、25 UO (D R1 / R1- D R2 / R2+ D R3 / R3- D R4 / R4) 4)
式(4)为电桥转换原理的一般形式,现讨论如下:
(a)当只有一个桥臂接应变片时(称为单臂电桥),桥臂R1为工作臂,且工作时电阻由R 变为R+△R,其余各臂为固定电阻R(△R2=△R3=△R4=0),则式(4)变为
D U=0、25 UO (D R / R)= 0、25 UOKε 5)
(b)若两个相邻臂接应变片时(称为双臂电桥,即半桥),(见图3)即桥臂R1、R2为工作臂,且工作时有电阻增量△R1、△R2,而R3与R4臂为固定电阻R(DR