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实验一 箔式应变片性能一一应变电桥一、实验目的:(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。金属箔式应变片粘贴在悬臂梁靠近根部A处,旋动测微头便可推动悬臂梁, 使悬臂梁自由端受力后产生相应的位移。此位移即为自由端的静挠度X,所以A 处应变片产生的应变与位移的关系可用函数y=f( )表示。AA电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种,当电路平衡时,桥路对臂电 阻乘积相等,电桥输出为零,在桥臂四个电阻R、R、R、R中,电阻的相对1234变化率分别为AR R、AR R、AR R、AR R,当使用一个应变片时,11223344工R = AR ;当二个应变片组成差动状态工作,则有工R = 2AR ;用四个应变片RR组成二个差动工作,且R二R二R二R二R,工R二4AR。1234R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(土 4V档)、电桥、差动放大器、双平行梁、箔式应变片、测 微头、F/V表。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的输入插口 V相连:开启主、副电源;调节差动1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,然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要变化。(2)按图(1)接线。将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R、R、1 2R为电桥中的固定电阻,R=R为应变片。将稳压电源的切换开关置4V档,F/V3x 4表置20V档,调节测微头脱离双平行梁,开启主、副电源,调节电桥平衡网络中 的W,使F/V表显示为零,然后将F/V表置2V档,再调电桥W (慢慢地调),使1 1F/V表显示为零。(3)测微头装于悬梁臂前端的永久磁钢上,并调节使应变梁处于基本水平状 态,设此时位移x=0.(4)确认接线无误后开启仪器电源,调整电桥调平电位器W9,使测试系统输9 出为零。(5)旋转测微头,带动悬臂梁分别做向上、向下的运动。向上、向下移动各 3.5mm,测微头每移动0.5mm记录一个输出电压值,并列表。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。六、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)做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小,以减小其对直流电桥的 影响。(3)由于悬臂梁弹性恢复的滞后,所以当螺旋测微仪回到初始位置时电压 值并不回到起始点,此时可将测微仪反向旋一下再回到初始位置,以保证电压值 回到起始点。(4)实验操作中实验者在旋动测微仪后应将手离开,否则虽不改变刻度也 会造成输出变化。进行上述实验时激励电压,差动放大器增益、测微头起始点位 置等实验条件必须一致,否则就无可比性。七、思考题(1)为什么需要将放大器增益放到最大后再进行调零?(2)应变片的安装位置如何?(3)增益放在什么位置好?(4)你怎样确定零点、量程和测量范围?实验二箔式应变片三种桥路性能比较一、实验目的:验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系。二、实验原理:说明实际的应变片电桥的性能和原理。已知单臂、半桥和全桥电路的XR分别为 R/R、2AR/R、4AR/R。根据戴 维南定理可以得出测试电桥的电压近似等于1/4EXR,电桥灵敏度Ku=v/A R/R,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的大小无 关。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、电压 表。四、旋钮初始位置:直流稳压电源打到4V 档, F/V表打到2V档,差动放大 器增益打到最大五、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位置,关 闭电源。依次将电桥固定电阻R、R、R换成箔式应变片,分别接成半桥和全桥123测试系统。2保持放大器增益不变,依次将电桥固定电阻将R固定电阻R、R、R换成3123箔式应变片,分别接成半桥和全桥测试系统。注意半桥、全桥各个应变片的受力 方向。调节测微头,使梁到水平位置,调节电桥W使F/V表显示为零,重复3-41步骤过程同样测得读书,填入下表,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,并作出定型的结论。六、注意事项:1.在更换应变片时应将电源关闭。2应变片接入电桥时注意其受力方向,一定要接成差动形式。3.直流激励电压不能过大,以免造成应变片自热损坏。4由于进行位移测量时测微头要从零到正的最大值,又回到零,再到负的最 大值,因此容易造成零点偏移,因此计算灵敏度时可将正X的灵敏度与负AX 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式。七、实验总结:1. 根据所测数据在同一坐标上描出V-X曲线2. 根据所测数据计算三种桥路的灵敏度K,并作出定性的结论3. 造成迟滞误差的原因是什么?4. 如何消除迟滞误差?
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