实验六 直流全桥的应用——电子秤实验

实验二直流全桥的应用——电子秤实验目的：1. 观察了解金属应变片的结构和粘帖方式；2. 验证直流全桥的性能。

实验原理：应变片是一种能将试件上的应变变化转换成电阻变化的传感元件。

使用应变片时，将其贴于测试件表面上，当测试件受力形变时，应变片也随之产生形变，相应的电阻值将发生变化，通过测量电路最终将其转换为电压或者电流的变化，测出应变片的灵敏度，测量电桥是将被测非电量转换成电压或电流的一种常用方法。

所需单元和部件：直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、双平行梁、应变片、主、副电源，砝码。

有关旋钮的初始位置：直流稳压电源打到±2V档，F/V表打到2V档，差动放大器增益打到最大。

实验步骤：(1) 了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。

上下二片梁的外表面个贴两片受力应变片和一片补偿片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。

(2) 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表的输入插口Vi相连；开启主、副电源；调节差动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。

(3)接成一个直流全桥，将直流稳压电源的切换开关置于±4V档，F/V表置20V 档；调整测微头，使双平行梁处于水平位置(目测)；开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的电位器W1，使F/V表显示为零(需预热几分钟表头才能稳定下来)；待F/V表稳定后，将F/V表置2V档，再调电桥平衡网络中的电位器W1（慢慢地调），使F/V表显示为零，然后关闭主、副电源。

(4) 在传感器的自由端上放一只砝码，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。

根据所得结果计算系统的灵敏度S=△V/△W,并作出V-W关系曲线，△V为电压变化率，△W为相应的重量变化率。

目录实验一金属箔式应变片――单臂电桥性能实验实验二金属箔式应变片――半桥性能实验实验三金属箔式应变片――全桥性能实验实验四直流全桥的应用――电子秤实验实验五交流全桥的应用――振动测量实验实验六直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验实验七霍尔测速实验实验八K型热电偶测温实验实验一金属箔式应变片――单臂电桥性能实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。

二、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表（自备）。

三、实验原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR/R=Kε，式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。

金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。

图1-1图1-2通过这些应变片转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压Uo=RR RR E ∆⋅+∆⋅211/4（1-1） E 为电桥电源电压，R 为固定电阻值，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=%10021⋅∆⋅-RR 。

四、实验内容与步骤1．图1-1应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。

2．从主控台接入±15V 电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui 短接，输出端Uo 2接数显电压表（选择2V 档），调节电位器Rw4，使电压表显示为0V 。

Rw4的位置确定后不能改动。

关闭主控台电源。

广东技术师范学院实验报告学院：自动化专业：自动化班级：08自动化成绩：姓名：学号：组别：组员：实验地点：实验日期：指导教师签名：实验二项目名称：直流全桥的应用——电子秤实验一、实验目的了解应变直流全桥的应用及电路的标定。

二、基本原理电子秤实验原理与实验三相同，利用全桥测量原理，通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成为一台原始的电子秤。

三、需用器件和单元传感器实验箱（二）中应变式传感器实验单元，应变式传感器实验模板、砝码、智能直流电压表（或虚拟直流电压表）、±15V电源、±5V电源。

四、实验内容与步骤1．按实验一中的步骤2，将差动放大器调零，按图3-1全桥接线，打开直流稳压电源开关，调节电桥平衡电位器Rw1，使直流电压表显示为零。

2．将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器Rw3（增益即满量程调节）使直流电压表显示为0.200V或-0.200V。

3．拿去托盘上的所有砝码，调节电位器Rw1（零位调节）使直流电压表显示为0.000V。

4．重复2、3步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V改为重量量纲g，就可以称重，成为一台原始的电子秤。

5．把砝码依次放在托盘上，填入下表4-1。

表4-1电桥输出电压与加负载重量值6.误差：0% 非线性误差：0%五、实验注意事项1．不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感器。

2．电桥的电压为±5V，绝不可错接成±15V。

六、实验报告要求1．记录实验数据，绘制传感器的特性曲线。

2．分析什么因素会导致电子秤的非线性误差增大，怎么消除，若要增加输出灵敏度，应采取哪些措施。

答：环境因素和实验器材的校正不准会导致非线性误差增大。

通过多次校正，调节变位器可消除或减少误差。

若要增加输出灵敏度可增加相形放大电路。

广东技术师范学院实验报告学院：自动化专业：自动化班级：08自动化成绩：姓名：学号：组别：组员：实验地点：实验日期：指导教师签名：实验二项目名称：直流全桥的应用——电子秤实验一、实验目的了解应变直流全桥的应用及电路的标定。

实验一单臂电桥性能实验一、实验目的了解金属箔式应变片单臂电桥的工作原理和工作状况。

二、所需器件及模块1号金属箔式应变片传感器实验模块、14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、20克砝码10只、±15V电源、±2V电源、万用表（自备）。

三、基本原理：图1电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR／R＝Kε式中：ΔR／R 为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数,ε=ΔL/L 为电阻丝长度相对变化。

金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化。

电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。

对单臂电桥输出电压U o= EK ε/4。

四、实验步骤模块联合调零：1、根据图（1-1）应变传感器已装于1号金属箔式应变片传感器模块上。

传感器中各应变片R1、R2、R3、R4已接入模块的下方，K1开关应置于OFF状态。

可用万用表进行测量判别，R1=R2= R3=R4=350。

2、根据图(1-1), IC1、IC2、IC4组成第一级典型的三运放仪表放大器，整益G1=R24/R20[1+2R14/w1],其中R16=R24=20K、R18=R20=10K、R14=R15=20K、w1=10K。

w1中串接了200殴的电阻，也就是说当W1为0时放大倍数为G1=1+40000/200=201倍，W1旋转一圈为1K，IC3是第二级反向放大器，整益G2=R22/R17，R22=51K、R17=20K，在IC3的“+”端通过Rw2、R27接入正负电压调节放大器的零点，Rw2=10K、R27=1K。

在应变式传感器的输出端通过W3、R11接入±4V 电压，调节应变式传感器由于4片应变片电阻不对称而引起的输出零点变化,w3=10K、R11=1K。

放大电路总整益G=G1*G2。