傳感器實驗鄰臂差動電橋

**工學(xué)院實驗報告書課程名稱實驗內(nèi)容院系專業(yè)班級傳感器與檢測技術(shù)鄰臂差動電橋--電子秤電子信息與電氣工程學(xué)院電氣工程及其自動化學(xué)生姓名學(xué)號實驗內(nèi)容.電阻應(yīng)變片的工作原理金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)。吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示式子中：P-電阻絲電阻率R=p△R=△1-△S+△P =(1+2u)e-Ap/p L一電阻絲長度SRispR s-電阻絲的截面積△/r-徑向應(yīng)變?nèi)鐖D1-1所示當金屬絲受外力作用時其長度和截面積都會發(fā)生變化，從上式中很容易看出其電阻值即會發(fā)生改變。假如金屬絲受外力作用而伸長時其長度增加而截面積減少電阻值便會增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時長度減小而截面增加電阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化通常是測量電阻兩端的電壓即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情況。二．應(yīng)變片式電阻傳感器的測量電路--鄰臂電橋應(yīng)變片將物體應(yīng)變￡轉(zhuǎn)化成電阻相應(yīng)變化△R/R,為了能用電測儀器進行測量，還必須將△R/R進一步轉(zhuǎn)化成電壓或電流信號，于是我們用到電橋線路，根據(jù)電源的不同，可以將電橋分為直流電橋和交流電橋。由于實驗室里直流低壓電可以直接由試驗箱獲得，所以在這里只介紹直流電橋。另外，電阻具有熱脹冷縮的特點，在生活當中，溫度是不恒定的所以電路設(shè)計時應(yīng)當排除溫度干擾。單臂電橋靈敏度底并且沒有抗溫度干擾能力，對其加以改進后便有了靈敏度高抗溫度干擾的鄰臂電橋，如圖2-1所示；— r~7i—-圖2-1鄰臂電橋電路圖電橋線路如圖2-1所示輸入5V直流電，R1,R2,R3及R4為電橋的橋臂，R3,R4為應(yīng)變片。當I=0時，稱為電橋平衡，平衡條件為RJR2=R3/R4或吧二R2/R上述可以表示為電橋兩鄰臂電阻的阻值相等，或相對兩臂電阻的乘積相等。三．放大電路原理圖圖3-1電子秤--鄰臂電橋測量電路圖如圖3-1所示，電子秤--鄰臂電橋測量電路由鄰臂電橋，差動放大電路二級放大電路以及電平移動電路共同組成。差動放大電路，差動放大電路又叫差分電路，他不僅能有效的放大直流信號，而且能有效的減小由于電源波動和晶體管隨溫度變化多引起的零點漂移，因而獲得廣泛的應(yīng)用。特別是大量的應(yīng)用于集成運放電路，他常被用作多級放大器的前置級。基本差動放大電路由兩個完全對稱的共發(fā)射極單管放大電路組成，通過二者之差，干擾信號的有效輸入為零，這就達到了抗共模干擾的目的。該電路對應(yīng)變片的電信號進行了兩級放大，第一級放大在放大的同時，有效的減小由于電源波動和晶體管隨溫度變化多引起的零點漂移，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。經(jīng)過二級放大后下級電平移動電路用來提升一輸入信號的電壓電平，其包括一分壓電路以及一緩沖電路。這樣就輸出了有效的電壓。四．實驗步驟準備實驗器材（傳感器實驗?zāi)K，砝碼，連接線）。檢查設(shè)備（配電柜是否通電，電壓表是否能正常工作，器材是否完整正常）按照電路圖連接線路。檢查線路是否有誤。通電實驗。記錄數(shù)據(jù)。五．調(diào)試過程五．用導(dǎo)線將A,B兩點短接，使放大器輸入端為0。打開直流電壓表，調(diào)到最大檔位。把放大器的輸入端接到電壓表上，接通放大器電源。調(diào)節(jié)sw3滑動變阻器，使電壓表顯示的數(shù)值為0。減小量程依次調(diào)節(jié)，在最小量程時示數(shù)為0時停止調(diào)節(jié)。（把電壓表量程調(diào)到最大，便于下次測量，并且能夠防止超量程損壞電路）。去除AB兩點間的導(dǎo)線，并把電橋的輸出端分別接在AB兩點。接通電橋電源，從大量程到小量程依次調(diào)節(jié)SW1至電壓表示數(shù)為0。放砝碼，記錄數(shù)據(jù)。實驗結(jié)果依次添加砝碼時得到下表；表6-1砝碼個數(shù)與電壓示數(shù)關(guān)系表砝碼個數(shù)（3g/個）012345電壓表示數(shù)（mv）00.61.201.812.423.01根據(jù)這些數(shù)據(jù)繪制下表6-2

進行逆程實驗數(shù)據(jù)得到下表：表6-3砝碼個數(shù)與電壓示數(shù)關(guān)系表砝碼個數(shù)（3g/個）543210電壓表示數(shù)（mv）3.012.431.91.650.620根據(jù)表6-3繪制了下圖6-4：圖6-4逆程重量與電壓大小關(guān)系圖七．結(jié)果分析：設(shè)函數(shù)y=kx+b,其中砝碼重量為x,電壓變化為y代入表1.3中的正程數(shù)據(jù)0.6=3k+b2.42=12k+b3.01=15k+b化簡得1.82=9knk=0.2于是函數(shù)y=0.2x同上,根據(jù)表1.4中的數(shù)據(jù)列出逆程數(shù)據(jù)方程3.01=15k+b1.90=9k+b0.62=3k+b化簡后解得函數(shù)y=0.2x通過觀察比較,圖6-2中坐標點在函數(shù)線上下附近位置,有較好的線性。圖6-4中大部分坐標點坐落于函數(shù)上側(cè)位置,偏離函數(shù)圖像位置比較遠,有明顯的遲滯現(xiàn)象。綜上可得到一個壓力與電壓的線性方程y=0.2x。如圖所示，并不是所有的點都在函數(shù)圖像上，結(jié)果有一定的誤差。在實驗歸納及線性化中為了得到較好的線性函數(shù),最適合用最小二乘法來模擬數(shù)據(jù)原型，但是本次試驗對于函數(shù)精度沒有太大的要求，并且所求函數(shù)誤差在實驗允許范圍內(nèi)于是就無須用最小二乘法，當然，如果需要提高模擬數(shù)據(jù)的準確性可以采用這類方法，在此不再贅述此問題。八．實驗感悟本人在本次試驗開始時對于試驗?zāi)K上應(yīng)變片的位置及其電路連接方式理解不太清晰，后來在馬*老師的講解及指導(dǎo)下理解了元器件功能以及電路各部分之間的聯(lián)系，使我茅塞頓開。這為接下來的實驗做了很好的鋪墊。由于電阻對溫度很敏感，在橋臂，放大電路的調(diào)零過程中遇到了麻煩，靈敏的滑動變阻器對手的溫度也有感知，阻值不穩(wěn)定，這導(dǎo)致了電路難以調(diào)零，但