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1、非平衡电桥的热学应用和力学应用,作品完成人 聂华岭 佘小樾 王国奇（应物0801）指 导 教 师 袁丕方（高级工程师）,本科生科技论坛,研究背景 我们在学习了非平衡电桥之后认识到非平衡电桥的重要作用，特别是由测量电阻而引发的一系列实验，如：利用非平衡电桥组装铂电阻温度计，利用非平衡电桥测量电阻应变片电阻的变化来测量压力等；我们就想到能否设计一个装置，配合不同的传感器和放大电路，完成被测物理参数的测量，如温度，质量等。基本思路如图所示：,非平衡电桥的热学应用和力学应用,实验原理及方案 基本原理：非平衡电桥原理如图所示，A、B两端之间的电压为：,非平衡电桥的热学应用和力学应用,a、用铂电阻测温度
2、导体的电阻随温度的变化而变化，设0时的铂电阻为R0，温度为t时，电阻值近似有如下公式：其中 为电阻温度系数【说明】铂电阻的特点是精度高、稳定性好、性能可靠,所以在温度传感器中得到了广泛应用。按IEC标准,铂热电阻的使用温度范围为-200-850。对于Pt100而言，R0=100。,非平衡电桥的热学应用和力学应用,具体步骤，如图所示：0下电桥平衡调，即把铂电阻置于盛冰水合物的保温瓶内，调节非平衡电桥的电位器使电桥平衡。将电路接到放大器电路中，调节OP07放大器的零点使显示读数为0.0。将传感器从保温瓶中取出来后，再置于室温下的水中，调节OP07的放大倍数，使显示读数与温度计的示数相等。【注】：所
3、用温度计的规格是50，0.1分度的。,非平衡电桥的热学应用和力学应用,b、用电阻应变片测质量 被测物理量力、力矩或压力作用于弹性元件上使其发生变形，产生应变或位移，然后传递给与之连接的应变片，引起应变片的电阻值变化，通过测量电路变成电量输出。电量大小反映被测量的大小。如图所示，两个应变片粘贴在弹性体上，若使弹性体的m端受力弯曲产生位移x，则对于应变片a的拉伸有 对于应变片b的压缩有 当结构确定后，式中的为常量。,非平衡电桥的热学应用和力学应用,当弹性体端m从o点下移（受 力弯曲）到x位置时，代入公式 整理可得,非平衡电桥的热学应用和力学应用,具体步骤：调零。当不在弹性体上放砝码时，即m=0时调
4、节非平衡电桥的电位器使UAB=0；然后调节运算放大器使数字显示为0。校准。用10g的砝码放在弹性体上，调节OP07的放大倍数，使数显为10.0。检查。用50g的砝码放在弹性体上，进行检查，观察读数是否为50.0g；若否，再进行调节OP07。,非平衡电桥的热学应用和力学应用,误差分析及补偿主要有下述两个方面：1)电阻温度系数的影响 敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示：式中:Rt温度为t时的电阻值；R0温度为t0时的电阻值；0温度为t0时金属丝的电阻温度系数；t温度变化值，t=t-t0。,Rt=R0(1+0t),非平衡电桥的热学应用和力学应用,当温度变化t时，电阻丝电阻的变化值为：R=
5、Rt-R0=R00t2)试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响 当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时：环境温度变化不会产生附加变形。当试件与电阻丝材料的线膨胀系数不同时：环境温度变化，电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻变化。,非平衡电桥的热学应用和力学应用,误差的消除电桥补偿法（如图所示）,非平衡电桥的热学应用和力学应用,实验精度分析 测量温度时可以精确到0.1摄氏度，测量质量时可以精确到0.1克。应用前景展望 可以配合不同的传感器和放大电路完成被测物理参数的测量。例如，可以做成大量程数字温度计、可以作为各种电子称与材料试验机的测力元件、发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等。,非平衡电桥的热学应用和力学应用,谢谢观赏！,
