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传感器实验台电阻式传感器的单臂电桥性能实验

  传感器实验台实验目的
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和性能。

二、实验所用单元
电阻应变式传感器、电阻与霍尔式传感器转换电路板(调零电桥)、差动放大器、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。

三、实验原理及电路
1、电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其阻值发生变化,这就是电阻应变效应,其关系为:ΔR/ R=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。通过测量电路将电阻变化转换为电流或电压输出。
2、电阻应变式传感如图1-1所示。传感器的主要部分是上、下两个悬臂梁,四个电阻应变片贴在梁的根部,可组成单臂、半桥与全桥电路,最大测量范围为±3mm。

电阻应变式传感器
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
3、电阻应变式传感的单臂电桥电路如图1-2所示,图中R1、R2、R3为固定,R为电阻应变片,输出电压UO=EKε,E为电桥转换系数。

电阻式传感器单臂电桥实验电路图
图1-2 电阻式传感器单臂电桥实验电路图

四、实验步骤
1、固定好位移台架,将电阻应变式传感器置于位移台架上,调节测微器使其指示15mm左右。将测微器装入位移台架上部的开口处,将测微器测杆使其与电阻应变式传感器的测杆磁钢吸合,然后调节两个滚花螺母使电阻式应变传感器上的两个悬梁处于水平状态,两个滚花螺母固定在开口处上下两侧。
2、将实验箱(实验台内部已连接)面板上的±15V和地端,用导线接到差动放大器上;将放大器放大倍数电位器RP1旋钮(实验台为增益旋钮)顺时针旋到终端位置。
3、用导线将差动放大器的正负输入端短接,再将其输出端接到数字电压表的输入端;电压量程切换开关拨至20V档;接通电源开关,旋动放大器的调零电位器RP2旋钮,使电压表指示向零趋近,然后切换到2V量程档,旋动调零电位器RP2旋钮使电压表指示为零;此后调零电位器RP2旋钮不再调节,根据实验适当调节增益电位器RP1。
4、按图1-2接线,R1、R2、R3(电阻传感器部分固定电阻)与一个的应变片构成单臂电桥形式。
5、调节平衡电位器RP,使数字电压表指示接近零,然后旋动测微器使电压表指示为零,此时测微器的读数视为系统零位。分别上旋和下旋测微器,每次0.4mm,上下各2mm,将位移量X和对应的输出电压值UO记入下表中。
表 1-1

X(mm)           0          
UO(mV)           0          

五、实验报告
1、根据表1-1中的实验数据,画出输入/输出特性曲线 ,并且计算灵敏度和非线性误差。
2、传感器的输入电压能否从+5V提高到+10V?输入电压的大小取决于什么?
3、分析电桥测量电阻式传感器特性时存在非线性误差的原因。

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