【正文】 恒壓源或 恒流源供電 。 45 10?? 110??恒壓源供電的直流電橋的工作原理 ? 如圖 211a所示為恒壓源供電的直流電橋測量電路。當(dāng)被測量發(fā)生變化時，電橋平衡被打破，有電壓輸出。電橋的輸出電壓為 : 圖 211a 1 3 2 401 2 3 4( ) ( )b a d a iR R R RU U U UR R R R?? ? ???? 當(dāng)輸出電壓為零時，電橋平衡，因此 或 為電橋平衡條件。當(dāng)四個橋臂電阻都發(fā)生變化時，電橋的輸出為 1 3 2 4 0R R R R??1 2 3 4R R R R R? ? ? ?31 2 40 1 2 3 41 2 3 4()44iiU R k UR R RU R R R R ? ? ? ??? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?????1243RRRR?調(diào)零電橋 ? 實際應(yīng)用時， 不可能嚴(yán)格成比例關(guān)系，所以即使在未受力時，橋路輸出也不一定為零，因此一般測量電路都設(shè)有調(diào)零裝置，如圖 211b所示。圖中 是用于減小調(diào)節(jié)范圍的限流電阻。電橋輸出為： 1 3 2 40 1 1 2 41 2 3 4R R R RU I R I R IR R R R?? ? ?? ? ?恒壓源電橋輸出 圖 212 恒流源供電的電橋 測量電路 1 3 2 401 2 3 4( ) ( )b a d a iR R R RU U U UR R R R?? ? ???1．單臂電橋的工作原理與輸出 ? 在四臂電橋中 ， R1為工作應(yīng)變片 ， 由于應(yīng)變而產(chǎn)生相應(yīng)的電阻變化 △ R1。 Uo為電橋輸出電壓 。并且采用雙臂和全橋測量，可以補償由于溫度變化引起的測量誤差。但實際上，雖然用作電阻絲材料的銅、康銅溫度系數(shù)很小 (大約在 ?=(～ ) 105/℃) ， 但與所測應(yīng)變電阻的變化比較，仍屬同一量級。這種由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的變化而給測量帶來的誤差，稱之為應(yīng)變片的溫度誤差。 ? 另外，溫度變化也會影響粘接劑傳遞變形的能力，從而對應(yīng)變片的工作特性產(chǎn)生影響，過高的溫度甚至使粘接劑軟化而使其完全喪失傳遞變形的能力，也會造成測量誤差。 2. 電阻應(yīng)變片的溫度補償方法 ? 應(yīng)變片的溫度補償方法通常有兩種，即 線路補償 和 應(yīng)變片自補償 。這種自補償應(yīng)變片制造簡單，成本較低，但必須在特定的構(gòu)件材料上才能使用，不同材料試件必須用不同的應(yīng)變片。 應(yīng)變片的粘接劑及粘貼、 固化和檢查 1. 粘接劑的種類 ? 常用的粘接劑可分為 有機粘接劑 和 無機粘接劑 兩大類。 ? 選擇時要根據(jù)基底材料、工作溫度、潮濕程度、穩(wěn)定性要求、加溫加壓的可能性和粘貼時間的長短等因素來考慮。 2. 應(yīng)變片的粘貼、固化和檢查 （ 1）去污 試件表面的處理粘貼之前，應(yīng)先將試件表面清理干凈，用細(xì)砂紙將試件表面打磨平整，再用丙酮、四氯化碳徹底清洗試件表面的灰塵、油漬，清理面積約為應(yīng)變片的 3～ 5倍。 注意，應(yīng)變片的底面也要清理 。 （ 4）焊接 將引線和端子用烙鐵焊接起來，注意不要把端子扯斷。 實訓(xùn)一 應(yīng)變片單臂、半橋、全橋電路特性及比較實驗 一、實驗?zāi)康模? 1. 了解電阻應(yīng)變片的工作原理與應(yīng)用并掌握應(yīng)變片測量電路。 3．了解應(yīng)變片全橋工作特點及性能。 實訓(xùn)一 應(yīng)變片單臂、半橋、全橋電路特性及比較實驗 二、基本原理： 電阻應(yīng)變式傳感器是在彈性元件上通過特定工藝粘貼電阻應(yīng)變片來組成?？捎糜谀苻D(zhuǎn)化成變形的各種非電物理量的檢測，如力、壓力、加速度、力矩、重量等，應(yīng)用十分廣泛。電橋電路具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、測量范圍寬、線性度好且易實現(xiàn)溫度補償?shù)葍?yōu)點。 電橋電路按其工作方式分有單臂、雙臂和全橋三種，單臂工作輸出信號最小、線性、穩(wěn)定性較差；雙臂輸出是單臂的兩倍，性能比單臂有所改善；全橋工作時的輸出是單臂時的四倍，性能最好。 實訓(xùn)一 應(yīng)變片單臂、半橋、全橋電路特性及比較實驗 實訓(xùn)一 應(yīng)變片單臂、半橋、全橋電路特性及比較實驗 三、需用器件與單元：機頭中的應(yīng)變梁、振動臺；主板中的 F/V電壓表、 177。 實訓(xùn)一 應(yīng)變片單臂、半橋、全橋電路特性及比較實驗 四、需用器件與單元介紹 ： 熟悉需用器件與單元在傳感器箱中機頭與主板的布置位置 (參閱以上說明書二、實驗箱組成圖 )。圖中： ⑴菱形虛框為無實體的電橋模型 (為實驗者組橋參考而設(shè)，無其它實際意義 )。 ⑶ W1電位器、 r電阻為電橋直流調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò)， W2電位器、 C電容為電橋交流調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò)。 圖中：左圖是原理圖。右圖為實驗面板圖。 (放大器輸入為 0), 將 F／ V表的量程切換開關(guān)切換到 2V檔， 合上實驗箱主電源開關(guān)，將差動放大器的撥動開關(guān)撥到“開”位置，將差動放大器的增益電位器按順時針方向輕輕轉(zhuǎn)到底后再逆向回轉(zhuǎn)半圈，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使電壓表顯示電壓為零。 應(yīng)變片單臂電橋特性實驗： ⑴將主板上傳感器輸出單元中的箔式應(yīng)變片 (標(biāo)有上下箭頭的 4片應(yīng)變片中任意一片為工作片 )與電橋單元中 R R R3組成電橋電路，電橋的一對角接 177。 4V電源端、 W1的活動端 r電阻接電橋的輸出端 )，如圖示意接線。 ⑶ 在應(yīng)變梁的振動臺中心點上放置一只砝碼 (20g／只 )，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，第一次可以將 10只砝碼全部放上，調(diào)整放大器增益開關(guān)至一設(shè)定值，反復(fù)調(diào)整 W1電位器和放大器增益開關(guān)至合適值后，固定增益開關(guān)不再調(diào)節(jié)，根據(jù)砝碼數(shù)量的變化，記下實驗數(shù)據(jù)填入表 1。 4V直流電源，另一對角作為電橋的輸出接差動放大器的二輸入端，將W1電位器、 r電阻直流調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò)接入電橋中 (W1電位器二固定端接電橋的 177。 ⑵ 檢查接線無誤后合上主電源開關(guān)，在機頭上應(yīng)變梁的振動臺無砝碼時調(diào)節(jié)電橋的直流調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò) W1電位器，使電壓表顯示為 0或接近 0(有小的起始電壓也無所謂，不影響應(yīng)變片特性與實驗 )。 應(yīng)變片全臂電橋特性實驗： 同上兩步驟接線并記錄全橋電路數(shù)據(jù)。 根據(jù)實驗所得的結(jié)果進行單臂、半橋和全橋輸出的靈敏度和非線性度分析比較（注意：實驗一、二、三中的放大器增益必須相同）。 作業(yè) ? P159 三 1,4 ? 實驗報告 1: ? 準(zhǔn)備 1:傳感器的標(biāo)定 (P151) ? 準(zhǔn)備 2:電容式傳感器的測量原理 ,分類和特點(P163) ? 準(zhǔn)備 3:電容式傳感器的測量轉(zhuǎn)換電路 (上網(wǎng)找 ) ? 準(zhǔn)備 4:電容式傳感器的應(yīng)用 (差動電容式差壓變送器 ,上網(wǎng)找 ) 1. 利用全橋電路測量橋梁的上下表面應(yīng)變 R R3與 R R4感受到的應(yīng)變絕對值相等、符號相反 ???? 3142 RRRR ?????????△ R1t=△ R2t=△ R3t=△ R4t 因而應(yīng)變片 R1~R4產(chǎn)生的電阻增量合并為 4倍的△ Rε，△ Rt則相互抵消 電阻應(yīng)變片傳感器的應(yīng)用 0 iiRU U k UR ???? 應(yīng)變片 應(yīng)變片 圖 217 應(yīng)變式力傳感器制成的電子秤 電子秤中的各種彈性敏感元件 荷重傳感器上應(yīng)變片工作示意圖 ? 荷重傳感器上的應(yīng)變片在重力作用下產(chǎn)生變形。 圖 218 荷重傳感器上應(yīng)變片工作示意圖 荷重傳感器原理演示 荷重傳感器上的應(yīng)變片在重力作用下產(chǎn)生變形。 應(yīng)變式力傳感器 應(yīng)變式力傳感器 F F F F 各種懸臂梁 F F 固定點 固定點 電纜 應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置 F R 1 R 2 R 4 應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)） F F 汽車衡 電子秤 磅秤 超市打印秤 遠(yuǎn)距離顯示 電子天平 電子天平的精度可達十萬分之一 人體秤 吊鉤秤 便攜式 應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手 可用于汽車、摩托車、飛機、內(nèi)燃機、機械制造和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制緊固螺紋的裝配扭矩。 電阻應(yīng)變儀 下圖所示的靜態(tài)應(yīng)變儀測量范圍： 177。傳感器的標(biāo)定是指在明確傳感器的輸出與輸入關(guān)系的前提下，利用某種標(biāo)準(zhǔn)器具對傳感器進行標(biāo)度。有時輸入的標(biāo)準(zhǔn)量是利用一個標(biāo)準(zhǔn)傳感器檢測而得，這時的標(biāo)定實質(zhì)上是待標(biāo)定傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器之間的比較。 ? 為了保證各種量值的準(zhǔn)確一致，標(biāo)定應(yīng)按計量部門規(guī)定檢定規(guī)程和管理辦法進行。 ? 按此系統(tǒng)，只能 用上一級標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定下級傳感器及配套的儀器 。 ? 工程測試所用傳感器的標(biāo)定應(yīng)在與其使用條件相似的環(huán)境下進行。有些傳感器標(biāo)定時還應(yīng)注意規(guī)定安裝技術(shù)條件。 ? 1. 靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件 ? 靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件是指沒有加速度、振動、沖擊（除非這些參數(shù)本身是被測量），環(huán)境溫度一般為（ 20177。 。只有這樣，通過標(biāo)定確定的傳感器的靜態(tài)性能才是可靠的，所確定的精度才是可信的。 （ 2） 電源 ：按傳感器要求配備，其穩(wěn)定度按傳感器技術(shù)要求確定，一般 應(yīng)為被校傳感器精度的 1/5～ 1/10。 ? 對以上三部分設(shè)備的共同要求是：具有合適的測量范圍，性能穩(wěn)定可靠，操作使用方便。 （ 2）傳感器電源輸入線和輸出線應(yīng)有明顯區(qū)別，并給出線路連接圖，標(biāo)定時應(yīng)同時將與傳感器配套的設(shè)備，電纜一起標(biāo)定。 動態(tài)標(biāo)定 ? 傳感器的動態(tài)標(biāo)定主要是研究傳感器的 動態(tài)響應(yīng) 及與動態(tài)響應(yīng)有關(guān)的參數(shù)。 ?? ?1. 標(biāo)準(zhǔn)儀器設(shè)備的精度等級的確定 ? 對于動態(tài)校準(zhǔn)系統(tǒng)，除具備靜態(tài)標(biāo)定對儀器設(shè)備精度等級要求外，還必須具有足夠的動態(tài)響應(yīng)范圍。如：標(biāo)準(zhǔn)傳感器的精度為 %，被校傳感器的精度可在 %～%之內(nèi)；標(biāo)準(zhǔn)傳感器的精度為： %，被校： %～ %。 3. 標(biāo)定方法 ?對被標(biāo)定傳感器輸入標(biāo)準(zhǔn)激勵信號，測得輸出數(shù)據(jù)，做出輸出值與時間的關(guān)系曲線。 電容式傳感器測量 轉(zhuǎn)換電路 ? 電容式傳感器把被測物理量轉(zhuǎn)換為電容變化后 ,還要經(jīng)測量轉(zhuǎn)換電路將電容量轉(zhuǎn)換成 電壓或電流 信號，以便記錄、傳輸、顯示、控制等。 電容式傳感器 ? 電容式傳感器是指能將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容變化的一種傳感元件 。 電容敏感元件 轉(zhuǎn)換電路 輸出顯示被測物理量 C U 、 I圖 233 電容式傳感器的測量原理框圖 0 r AACdd?????一個平行板電容器，如果不考慮其邊緣效應(yīng)，則電器的容量 上式中，哪幾個參量是變量？可以做成哪幾種類型的電容傳感器？ 電容式傳感器的分類及特點 ? 特點：電容式傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，分辨率高，工作可靠，非接觸測量，并能在高溫、輻射、強烈振動等惡劣條件下工作，易于獲得被測量與電容量變化的線性關(guān)系，可用于力、壓力、壓差、振動、位移、加速度、液位、料位、成分含量等測量。 實際使用時 ， 總是使初始極距 d0盡量小些 ， 以提高靈敏度 ， 但這也帶來了變間隙式電容器的行程較小的缺點 。 圖 238 差動式電容器結(jié)構(gòu) 1 2 002 dC C C Cd?? ? ? ?002CdCd???輸出靈敏度提高了一倍 變極距式電容傳感器特點 ? 起始電容在 20?100pF之間，只能測量微小位移（微米級，25?200um ）。有了云母片，極板間起始間距可大大減小，傳感器的輸出線性度可得到改善。這一類傳感器多用于檢測直線位移、角位移、尺寸等參量。動片轉(zhuǎn)動角度θ 后，電容量變?yōu)?Cθ 00CCC? ? ???0CC? ? ?? ? ?0CC??? ??角度的變化與電容的變化成線性關(guān)系 電容量變化 ?由上述三種類型的變面積電容傳感器可以看出，電容的相對變化與位移的大小成正比，但方向相反，因為 面積變化總是在減小 。為了提高測量靈敏度，變面積電容傳感器也常做成差動式結(jié)構(gòu)。 提高靈敏度的方法 差動連接 平板差動電容器 旋轉(zhuǎn)形差電容器 圓柱形差動電容器 圖 240 變面積差動電容傳感器結(jié)構(gòu) 因為各種介質(zhì)的相對介電常數(shù)不同，所以在電容器兩極板間插入不同介質(zhì)時，電容器的電容量也就不同。 ? ?12 00 2 r/rln hC ???2r2 2r1 h hx 電容式傳感器測量 轉(zhuǎn)換電路 ? 電容式傳感器把被測物理量轉(zhuǎn)換為電容變化后 ,還要經(jīng)測量轉(zhuǎn)換電