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1、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：62521001实验项目时数：2实验项目类型：综合性（） 设计性（） 验证性（V）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
2、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。一定的应变值会使应变片的阻值R产生相应的变化：R/R=K（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E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 =1/4R/R=0.5VA未
3、受力时桥式回路输出电压信号AVE受力时桥式回路输出电压信号E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。L5V OIOOUT+OUT-0=00-00-1=1-0%P4VOOffset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
4、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。图 1.5 应变片式半桥电路原理图ov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叫连入电桥左支， 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.
5、 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
6、 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）6. 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。3. 可以利用网络资源进行课前预习、课后复习，观看教学多媒体课件、实验视频和工 程实践教学录像片。六、实验注意事项1. 仪表调零应该在0.005 之内，两次测量之前的调零应该调到同一数值。2. 仪表比较灵敏，测量过程中输出信号变化比较快，需注意读数的方法，以避免读数误差。七、数据处理与分析1数据的记录：表 1.1 电阻应变式传感器的特性曲线的真值表重量（克）02050100200500力（牛顿）00.20.51.02.05.0电压1/4桥(V)1/2桥2数据的处理：画出1/4桥及 1/2桥应变式传感器特性曲线并求出函数关系式图 1.8 电阻应变式传感器的特性曲线八、思考题1电阻应变式传感器输出电压与受力之间是什么关系？2比较半桥回路和1/4 桥回路中特性曲线有什么不同？
