实验1桥式放大器的应用用半桥回路校正电阻应变式传感器.docVIP

 PAGE \* MERGEFORMAT 4 实验1 （1）桥式放大器的应用（2）用半桥回路校正电阻应变式传感器 实验项目编码实验项目时数：2 实验项目类型：综合性（） 设计性（） 验证性（√） 一、实验目的 在《化工仪表及自动化》课程中，压力测量是教学中的重点内容之一，应变片式压力传感器是一种生产中常用的压力检测仪表。本实验的主要目的是为了使同学对应变片式压力传感器的工作原理有了感性认识，了解桥式放大器在应变片输出信号中的应用；理解应变片式单桥回路、半桥回路的应用原理；学会利用应变式压力传感器标定力的大小。 二、实验内容及基本原理 （一）实验内容 将应变片桥路及测量回路连接好，在变形臂上加载砝码。通过改变砝码的重量，获得不同的输出电压信号，再根据输出的电压信号和变形臂上所受的力得到电压——力关系曲线。 （二）实验原理 1．桥式放大器的应用 应变片式压力传感器是利用电阻应变的原理构成的。当压力作用于应变片上，使应变片产生应变。当应变片产生压缩应变时，其阻值减小；当应变片产生拉伸应变时，其阻值增加。 一定的应变值ε会使应变片的阻值R产生相应的变化： △R/R=K·ε（K≈2） R ——未受力时应变片的阻值 △R ——受力时应变片的电阻变化量 Ε——应变片受力时产生的应变量 K——系数 应变片阻值变化，再通过由应变片和固定阻值的电阻连接成的桥式电路获得相应的毫伏级电势输出。 阻值的变化会引起桥式回路（单臂工作）输出信号值的变化： VA/ VE =1/4·△R/R=0.5ε VA——未受力时桥式回路输出电压信号 VE ——受力时桥式回路输出电压信号 恒压直流电源 输出信号 r1 r2 r3 r4 图1.1 应变片式单臂电桥原理图 为了获得测量值，需要把变形臂上的应变片与桥式放大器连接，放大器要与应变片相适应。信号经桥式回路放大后，可以检测和显示。若电桥不平衡时，通过放大器的零点补偿器（Offset）进行调整，使表的示值在未加载时为0伏。 图1.2 桥式放大器图 1.3 桥式放大器使用连接图 1.4 电路图 2．用半桥回路校正应变式传感器 为得到电阻应变式传感器的特性曲线，必须对其进行校准。电阻应变式传感器与半桥回路构成的系统可确定未知力的大小。在半桥回路中相邻桥的两应变片电阻值变化会互相影响。两应变片电阻值变化相反时，回路总输出增加（与1/4桥比较）；两应变片电阻值变化相同时（如温度效应影响），输出彼此抵销。 恒压直流电源 输出信号 r1 r2 r3 r4 图1.5 应变片式半桥电路原理图 图1.6 用半桥回路校正力传感器实验连接图 图1.7 电路图 1.变形臂与电阻应变片；2.砝码；3.桥式放大器；4.数字万用表 三、实验用仪器与设备 1．变形臂与电阻应变片 2．测量用桥式放大器 3．数字万用表 4．橡胶底角 四、实验方法与步骤 1．搭1/4电桥用于变形臂上的应变片。变形臂上面的应变片作为电阻R1连入电桥左支，其它电阻作为固定电阻连入（见图1.3、图1.4）； 2．对桥式回路放大器进行调零； 3．轻按变形臂定性的检验输出信号的变化。通过加载不同的重量得出相应的输出电压值，给变形臂加载，从0克开始加，20克、50克、100克、200克、一直加到500克，将放大器的输出电压V填入表1.1中，并画出1/4电桥中电阻应变式传感器的特性曲线。 4．以半桥方式搭建一个与变形臂上应变片连接的测试回路。变形臂上的两个应变片作为R1和R4接入电桥左支，其余电阻R2和R4作为固定电阻（见图1.6、见图1.7）；电桥进行调零（Offset）。 5．通过使用不同的砝码加载，得出电阻应变式传感器的特性曲线。给变形臂加载，从0克开始加，20克、50克、100克、200克、一直加到500克。加载不同的重量得出相应的输出电压值填入表1.1中，并画出半桥电路中电阻应变式传感器的特性曲线。（在同一坐标系中绘制特性曲线） 可通过传感器的特性曲线去求未知力。 五、实验准备及预习要求 1．复习教材中有关章节，理解应变式压力传感器的结构及工作原理。 2．实验指导书，了解桥式放大器的作用和实验中有关的仪器装置及连线。