《EDA技术应用》大作
业
--全桥开关电源设计与测试
学院：信息与电子工程学院
班级：13应用电子技术2班
指导老师：严添明
姓名：王浩
学号：1305220147
日期：2015-01-10
目录
全桥电源开关电源的设计与测试 (1)
1.1作业内容 (1)
1.2芯片工作原理 (1)
1.2.1VIPER22A芯片管脚功能 (1)
1.2.2VIPER22A芯片内部构图 (1)
1.2.3TOP246Y芯片管脚功能 (2)
1.2.4TOP246Y芯片内部构图 (2)
1.2.5TL494芯片管脚功能 (3)
1.2.6TL494芯片内部构图 (4)
1.3电路工作原理 (5)
1.3.1高频开关电源的电磁兼容 (5)
1.3.2软开关技术 (5)
1.3.3功率因数校正技术（PFC） (5)
1.3.4低电压大电流技术 (5)
1.3.5整理滤波 (5)
1.3.6填谷式功率因数校正 (5)
1.3.7辅助电源模块设计 (6)
1.3.8PWM脉冲产生模块设计 (7)
1.3.9驱动模块设计 (8)
1.4原理图 (1)
1.5印制板 (3)
1.6元件清单 (3)
1.7调试过程 (5)
1.7.1前级辅助电源调试 (5)
1.7.2TL494 PWM产生调试 (5)
1.7.3死区电压比较电路 (6)
1.7.4输出控制电路 (7)
1.7.5驱动电路和功率变换调试 (8)
1.8总结 (10)
全桥电源开关电源的设计与测试
1.1作业内容
(1)使用DXP2004软件，画出TOP246Y PCB板及元件封装。
(2)熟悉掌握制作PCB板的流程，成功制作出TOP246Y PCB板。
(3)调试TOP246Y电路板。
(4)了解TOP246Y电路的工作原理。
1.2芯片工作原理
1.2.1VIPER22A芯片管脚功能
图1.1 VIPER22A芯片管脚图
1.2.2VIPER22A芯片内部构图
图1.2 VIPER22A 芯片内部构图
VIPER22A芯片概述：
意法半导体的VIPER22A芯片为专用开关电源集成电路。其内部结构如图2-0所示。芯片工作时, 直流电压从漏极脚进入集成电路, 经整流和稳压后供给开关电源工作, 从而使这个电路工作时不需要外接启动电阻。即使VDD供电电路不正常, 电源电路的振荡电路仍能起振, 而且图2-0 VIPER22A芯片内部结构电路有输出电压。在VDD正常前, 由芯片内部自身供电, 经过很短时间后, VDD 供电电源正常, 此时,用门电路控制开关电路(ON /OFF)断开从栅极输入的供电回路。VIPER22A有过热、过压保护功能。VDD从4脚输入后, 首先送入比较器, 一旦输入VDD ≥42 V, 则触发器( FF1)输出一个置位信号 1使控制振荡电路工作的触发器( FF2)输出为0,锁住U2 , 振荡信号无法输出, 即开关管不工作。当输入电压小于1415 V时, U3 也将输出一个复位脉冲, 使开关管不工作。当电路过热时, R1 为1,将FF2置0, 开关管不工作。当供电电压VDD在正常范围时, FB 所得的取样电压与基准电压0123 V相比较, 用其比较结果去控制FF2 的转换频率,从而控制开关管的状态转换, 实现控制输出电压,达稳压的功能。该集成电路芯片内部包含60kHz的振荡电路, 其外围电路相当简单。
1.2.3TOP246Y芯片管脚功能
图1.3TOP246Y芯片管脚图
1.2.4TOP246Y芯片内部构图
图1.4 TOP246Y内部框图
电路主要由18部分组成：1控制电压源；2带隙基准电压源；3频率抖动振荡器；4并联调制器/误差放大器；5脉宽调制器（含PWM比较器和触发器）；6过流保护电路；7门驱动级和输出级；8具有滞后特性的过热保护电路；9关断/自动重启动电路；10高压电流源；11软启动电路；12欠电压比较器；13电流极限调节器；14线路比较器；15线路检测端和极限电流设定端的内部电路；16轻载时自动降低开关频率的电路；17停止逻辑；18启电压为1V的电压比较器。它与TOP246Y的主要区别表现为：新增加了第16、17.18项单元电路；给电流极限调节器也增加了软启动输出端；将频率抖动振荡器产生的开关频率提升到132kHz（全频模式）或66kHz（半频模式）；给频率抖动振荡器增加了一个“停止逻辑”（STOPLOGIC）电路，使之工作更为可靠。TOP246Y的工作原理是利用反馈电流IC来调节占空比D，达到稳压目的。举例说明，当输出电压UO降低时，经过光耦反馈电路使IC减小，占空比则增大，输出电压随之升高，最终使UO 维持不变
1.2.5TL494芯片管脚功能
图1.5 TL494芯片管脚图
TL494的引脚功能简介如下：
(1)引脚1（11N+）：误差放大器1的同相输入端。在闭环系统中，被控制量的给定信号将
通过该引脚输入误差放大器，而在开环系统中，该引脚需接地或悬空。
(2)引脚2（11N-）:误差放大器1的反相输入端。在闭环系统中，被控制量的反馈信号可通
过该引脚输入误差放大器，此时还需要在该引脚与引脚3之间接入反馈网络，而在开环系统中，该引脚需接地或悬空。
(3)引脚3（FEEDBACK）：反馈/PWM比较器输入端。在闭环系统中，可以根据需要在该
引脚与引脚2之间接入不同类型的反馈网络，构成比例、比例积分和积分等各种类型的调节器。
(4)引脚4（DTC）：死区时间控制比较输入端。该端用于设置TL494死区时间的取值。该
引脚接地时，死区时间最小，可获得最大占空比。
(5)引脚5（CT）：振荡器定时电容接入端。CT的取值范围通常在0.001~0.1yF之间。
(6)引脚6（Rr）：振荡器定时电阻接入端。脚的取值范围通常在5~100KQ之间。
(7)引脚7（GND）：信号地。
(8)引脚8（CI）:输出晶体管VT1的集电极端，该端为正向脉冲输出端。在推挽工作模式
下，该端输出正向脉冲信号，脚11输出负向脉冲信号，两者在相位上相差1800，经隔离放大后分别去驱动开关管。在单端工作模式下，该端可以与引脚11并联在一起，以提高脉宽控制器TL494的输出能力。
(9)引脚9（EI）：输出晶体管VT1的发射极端，该端为引脚8输出脉冲信号的参考地段，
一般与引脚7直接相连。
(10)引脚10（E2）：输出晶体管VT2的发射极端，该端为引脚11输出脉冲信号的参考地端，
一般与引脚7直接相连。
(11)引脚11（C2）：输出晶体管VT2的集电极端，该端为反向脉冲输出端。在推挽工作模
式下，该端输出反向脉冲信号，引脚8输出正向脉冲信号，两者在相位上相差1800，经隔离放大后分别去驱动开关管。在单端工作模式下，该端可以与引脚8并联在一起，以提高脉宽调制控制器TL494的输出能力。
(12)引脚12（VCC）：偏置电源接入端。应用时该端必需外接一个容量在0.1UF以上的滤波
电容到公共接地端。
(13)引脚13（OUTPUT CTRL）：输出工作模式控制端。通过该引脚可选择推挽或单端输出
模式。当该端接高电平时，TL494将工作在推挽工作模式下，此次最大占空比可达48%。
当该端接低电平，两路输出脉冲完全相同，最大占空比可达到96%。
(14)引脚14（REF）：基准电源输出端，其输出电流可达10MA。
(15)引脚15（21N-）：误差放大器2的反相输入端。该端可以接入保护电路的反馈信号，用
以实现过电流、过电压等故障保护。
(16)引脚16（21N+）：误差放大器2的同相输入端。该端为保护阀值电压设定端，用以实现
过流、过电压等故障保护。
1.2.6TL494芯片内部构图
TL494内置5V基准电压参考源,5脚6脚外接电容与电阻,可产生对应锯齿波后送比较器比较进而产生一定周期的振荡信号,振荡器频fosc=1/RTCT。4脚为死区时间控制端,13脚为输出方式控制端。芯片内部包含两个相同的误差放大器,输出端经二极管隔离后送至比较器同相端,与反向端锯齿波电压相比较,并决定输出电压的宽度。调宽过程由3脚的电压控制,也可经误差放大器进行控制。两个放大器可独立使用,用于反馈电压和过流保护。
图1.6 TL494芯片内部图
1.3电路工作原理
1.3.1高频开关电源的电磁兼容
高频开关电源工作在高频开关状态下，其在工作过程中产生的高d1/d2和dy/dt，其他产生的浪涌电流和剑锋电压和其他的各种噪声，会引起强大的传导型干挠和谐波干挠，严重影响开关电源和其他外界设备的正常工作，有时还可能危及操作人员的安全。
1.3.2软开关技术
提高开关电源的开关频率，可以增加开关电源的功率密度。然而开关频率的提高，会增加开关管的损耗和开关噪声，采用软开关技术可以解决由开关频率提高带来的问题，其中比较典型的应用是有源软开关技术和无源软开关技术，主要包括谐振、零电流/零开关（ZCS/ZVS）谐振、零电流过渡/零电压过渡脉宽调制（ZCT/ZVT-PWM）技术以及零电流/零电压脉宽调制技术（ZVS/ZCS-PWM）等。采用软开关技术可以有效地降低开关管噪声和导通损耗，提高变换器的变换频率。
1.3.3功率因数校正技术（PFC）
由于AC/DC变换电路的输入端有整流滤波元件，采用单相整流电源供电的电子设备在正弦电压输入时，交流输入端的功率因数仅为0.6~0.65.而采用PFC（功率因数校正）电路，可以将交流输入端功率因数提高到0.95~0.99，输入电流总谐波失真度THD小于10%。既提高了电源的整体效率，又治理了电网的谐波污染。这一技术称为功率因数校正（PFC）。目前PFC技术主要分为有源功率因数校正（APFC）技术和无源功率因数校正技术两大类，采用PFC 技术可以有效的提高AC/AD变化器输入功率因数，减少对电网的谐波污染。
1.3.4低电压大电流技术
随着半导体制造技术第二不断发展，微处理器和便携式电子设备的工作电压越来越低，对于电流的要求也越来越高，由于电源输出电压的降低和输出电流的增加，传统的整流技术由于大电流整流管通态损耗太大，已经远远不能满足要求，为此这就需要研究新型整流技术来解决这样的问题。同时对于较大的输出电流，还要解决由于负载突然变化引起的冲击电压问题
1.3.5整理滤波
通过整流桥堆整流，电容滤波，为后级输送更平滑的直流电。
1.3.6填谷式功率因数校正
“填谷电路式”属于一种新型无源功率因数校正电路，其特点是利用整流桥后面的填谷电路来大幅度增加整流管的导通角，通过填平谷点，使输入电流从尖峰脉冲变为接近于正弦波的波形，将功率因数提高到0.9左右，显著降低总谐波
失真。与传统的电感式无源功率因数校正电路相比，其优点是电路简单，功率因数补偿效果显著，并且在输入电路中不需要使用体积大重量沉的大电感器。
图1.7 整流滤波原理图
1.3.7辅助电源模块设计
辅助电源是采用芯片IC3 TOP246来控制电源变换电路的，其中R2为线路检测电阻，用于检测供电电路的运行状况。当整流滤波后的直流脉动超过450V时，通过R2检测浪涌电压和电路火花放电电压的瞬态峰值，进行过压保护。R3和RP1组成过流保护调节电路，通过调整可将极限电流设定为典型值的90%，从而限制了过载功率，充分发挥了芯片的利用率。R1、C4、VS1、VD4组成一次侧钳位电路，能使漏极电压在所有的情况下均低于700V。在正常工作时，一次侧钳位电压可将瞬态电压抑制器VS1上的峰值电压吸收并反馈到电源变压器一次侧，使功率损耗降到最低；当发生过载时，对流过VS1、VD4和IC3内部器件的电流进行分流，将超出的电流旁路掉。VD7、R4、C10组成控制电源整流滤波电路，T1为功率变换变压器，VD1、VD5为肖特基整流电路，利用其特性提高电源的效率。C1、L1、C2和C7、L2、C8构成输出电源的π型滤波器。VD8、C9为+15V驱动电源整流滤波电路，R7、R8构成交叉互调电路，R10、R7、R8、RP2构成取样电路，接到IC2的基准脚，通过光耦IC1去调节TOP246的占空比。R5为是IC1中发光二极管的降压供电电阻。R6是用来设定整个反馈电路的直流增益。C15为软启动电容，C13为抗干扰电容，C16的作用为隔离等电位的地。IC2为高精度稳压电源控制管，IC1为光耦，起到隔离作用，C12、C14、R9双时间产生低端滤波器，
滤除高次谐波和低频的干扰。
电路如图1.8所示。
图1.8辅助电源电路原理图
1.3.8PWM脉冲产生模块设计
PWM脉冲是采用IC4 TL494来产生，其中R14、C21、C22构成电源推挽电路。R19、RP3构成RC振荡定时电阻，C20为振荡定时电容,该电容和电阻决定了电源的工作频率。R11、R15构成5V的基准电压，R16、C19、R13积分型比例放大电路，S1为开关机开关，死区时间控制端通过C18、R24构成软启动电路，当系统上电时，电容两端电压不能突变，5V的基准电压全部加在软启动电路，使死区时间控制端处于高电平，输出级截止，Q1、Q2截止开关电源无输出，随着软启动电容逐渐充电，电容两端的电压逐渐升高，软启动电阻两端电压逐渐降低，输出晶体管逐渐开通，Q1、Q2开始工作。R25、R26、RP4构成电压取样电路，电源的输出电压通过取样分压后反馈到TL494内部，调节脉宽。R21、R18为隔离电阻，R22、R23为下拉电阻，Q1、Q2、D2、D3构成快速驱动电路，R17、R20为隔离电阻，R12、POT1、C17电流保护调节电路。
（1）振荡电路
当TL494的12脚VCC直流电源端和7脚Ground电源直流地形成供电回路,5脚CT端外接电容C20,6脚RT端外接电阻R19、RP3，这样TL494就会产生振荡，并可在5脚得到一个频率为f=1.1/RC的锯齿波振荡电压。其振荡频率由外接RC决定改变R或C值可得到所需频率值。并通过电容CT上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现对输出脉冲的宽度的控制。
（2）死区电压比较控制电路
死区时间控制端通过C18、R24构成软启动电路，由振荡电路产生的锯齿波振荡电压送到芯片内部电压比较器1的同相端与输入到电压比较器1反相端的死区电平控制信号VB，设置该死区控制信号的目的是防止当从误差放大器或控制放大器输出的V A信号过小，以至于出现V1变成幅度为电源电压的直流高电平。该VB信号经4脚送至电压比较器1的反相端。死区电压比较控制电路具有0.12V 的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%。当输出控制端接地，最大输出占空比为96%，，接参考电压时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端4脚接上固定电压即范围在0.4~3.3V之间时能在输出脉冲上产生附加的死区时间。4脚电位越高死区时间越宽，占空比越小。
（3）PWM比较控制电路
由误差放大器和控制放大器的所输出的两路控制信号经过门控电路后产生一个控制信号V A并将控制信号V A送到电压比较器2的反相端与送到电压比较器2由锯齿波振荡器产生的锯齿波振荡电压进行比较。根据电压比较器的工作原理，当送到电压比较器的同相端的电位高于它的反相端电位时就能在电压比较器的输出端得到高电平输出，反之输出端输出低电平。通过调控误差放大器和控制放大器的工作状态来改变3脚的V A控制电平的大小V A控制信号电平越大则输出PWM脉冲宽度越窄反之变宽。
（4）供电与基准电源电路
TL494电源供电端12脚其允许输入电压可达8~40V。因TL494内置一个5.0V 的基准电压源因此无需外部稳压器使用外置偏置电路时可提供高达10mA的负载电流。该基准电源能提供±5%的精确度。14脚为5V基准电源端并作为电路过流保护取样输入。
（5）输出控制电路
输出电路在TL494芯片内置2只NPN功率输出管，可提供500mA的驱动能
力。输出电路工作状态由13脚来控制，当13脚为低电平时，两个功率输出管状态由PWM比较控制器和死区电压比较器直接控制两功率输出管同相控制，当13脚为高电平时，TL494内部D触发器控制两功率输出管并交替导通去驱动推挽或桥式变换器。
图1.9 PWM产生电路原理图
1.3.9驱动模块设计
驱动电路采用IC7高速光耦与PWM电路隔离，当VDD输入5V～20V电源时,适应TTL或CMOS逻辑信号输入, VCC为10V～20V功率管门极驱动电源,由于VSS可与COM连接,则VCC与VDD可共用同一个典型值为+15V的电源。电路中R36、R37为光耦集电极负载电阻，而R33、C26为光耦电源推挽电路。VD9是电流检测整流二极管，R28、C24、R32、C32构成驱动电路的电源推挽电路，D4、C23、D5、C27构成自举升压电路,R29、R30、R34、R38为隔离电阻，Q3、Q4、Q5、Q6为全桥功率变换，T3为功率变换变压器，T2为电流传感器，R27为限压电阻，R31、R35为交叉电压调整电阻。电路原理图如图9所示。
电路主要采用芯片IR2110，用于驱动全桥，用于控制MOSFET的通断，两个IR2110分别驱动不同桥臂的MOSFET管，IC5的HO驱动Q3、LO驱动Q4，IC6的HO驱动Q5、LO驱动Q6，由于输入的两个SPWM脉冲是相反的，两个桥臂上的MOSFET管会交叉导通，即Q3、Q5同时导通或者Q4、Q6同时导通。
图2.0 驱动电路与功率变换原理图
1.4原理图
图2.1.1 全桥原理图
图2.1.2 全桥原理图
图2.1.3 全桥原理图
图2.1.4 全桥原理图
1.5印制板
图2.2 全桥PCB印制1.6元件清单
1.7调试过程
1.7.1前级辅助电源调试
在前级辅助电源里，采用的是TOP246芯片来控制输出电压。输出两组直流辅助电源，分别为+12V、+5V。
如图1所示，在1处接入一组以4处为地的+12V直流电，然后也在2处接入一组以3处为地的+12V直流电，然后测量光耦LTV817A的2脚和3脚，当2脚电压在大于3V，说明该光耦是在工作范围内，接着测量光耦LTV817A的3脚，当3脚电压在5V~6V之间，说明该光耦是在正常的工作范围内。
根据芯片TOP246Y的特性，再测量变压器T1，看变压器T1是否有正常的工作，在原先设计电路时根据设计好的匝数绕出变压器，测量变压器T1的12脚与10脚之间和8脚和9 脚之间是否有电压，有的话说明变压器在正常工作。在测量的时候注意安全。
图2.3 前级辅助电源电路原理图
1.7.2TL494 PWM产生调试
PWM产生电路如图13所示，主要采用芯片TL494。
①5V基准电源和振荡电路
TL494的12脚为直流电源输入端其正常工作电压为7V~40V当直流电源送到TL494的12脚后其内部5V基准电源发生器工作，并从14脚输出5V基准电压，它是各控制电路所需的参考电源。所以14脚5V基准电源电压是TL494正常工作的基本保证，该脚电压只要正常，TL494锯齿波振荡器6脚外接电容CT和5脚外接电阻RT连接正常，该锯齿波发生器就会产生f=1.1/(RT×CT)的锯齿波。振荡器正常工作，用示波器检测TL494的5脚可以检测到锯齿波振荡信号，波形如图4-3所示。因此12脚5V基准电压是关键点，该点电压不正常，只要TL494的12脚输入直流电压不低于7V多为TL494损坏。
②PWM比较控制电路
TL494控制放大器的反相端15脚直接取14脚5V基准电源电压为控制放大器参考电压误差放大器的2脚由14脚5V基准电源电压通过电阻分压后一般为2.5V 提供作为误差放大器参考电压。其中控制放大器的反相端15脚5V基准电压与同相端16脚采样到的过流检测控制电压，一般约为1.5V共同作用来控制TL4948脚和11脚两输出端的输出信号的，而误差放大器的2脚的参考电压与反馈至误差放大器的1脚输出采样电压共同作用来控制TL494输出端输出脉冲的宽度。当TL494无输出脉冲时，首先要检测16脚控制电压是否正常，若该脚电压不正常，则出现无脉冲输出现象或出现不正常的窄脉冲。
图2.4 TL494型脉宽调制器图
1.7.3死区电压比较电路
TL494的4脚为死区电平控制端，设置该死区控制信号的目的是防止当从误差放大器或控制放大器输出的V A信号过小，以至于出现V1变成幅度为电源电压的直流高电平。4脚电压来自5V基准电压通过电阻分压后所产生电压和输出采样控制信号形成了死区的控制电平，一般4脚死区控制电压为0.4V~3.3V左右，当4脚低电平时TL494有脉冲输出，4脚电平越高，输出脉冲宽度约窄，当4脚电压超过3.5V时，输出脉冲宽度为0。
1.7.4输出控制电路
输出电路在TL494芯片内置2只NPN功率输出管，分别由9脚和10脚两输出端输出，使用示波器检测输出波形，波形如图5，图6所示。TL494芯片内部为可提供500mA的驱动能力。输出电路工作状态由13脚来控制，当为低电平时两个功率输出管状态由PWM比较控制器和死区电压比较器直接控制，两功率输出管同相控制，当13脚为高电平时TL494内部D触发器控制两功率输出管，并交替导通，去驱动推挽或桥式变换器。13脚为高电平时，一般是直接取至5V基准电压，该脚决定了TL494的驱动方式，因此通过测量13脚电压即可判断。输出端8脚和11脚正常工作是一般电压为1.6V左右，若电路保护或故障，输出端电压升高，输出脉冲变窄或为0。
图2.5 TL494 5脚波形图
图2.6 TL494 9脚波形图
1.7.5驱动电路和功率变换调试
如图2.8所示，D4、C23、D5、C27构成自举升压电路,例如IC5，在接入+15V 电源时，芯片开始工作，假定当Q3关断时，+15V电源通过D4、R28给C23充电，充满时，当HIN为高电平时，如图17所示，C23的电压加到Q3的门极和发射极之间，此时C23的电压可等效为一个电压源。当HIN为低电平时,Q3关断。经短暂的死区时间（td）之后，LIN为高电平，如图18所示，Q4开通，+15V 电压经D4，Q4给C23充电，迅速为C23补充能量，如此循环反复。得到IR2110的1脚和7脚的波形，如图19,图20所示。当C23没充满时，或者电容充满但持续工作时间过长，导致电容放电完毕，则IR2110的驱动电路无法正常工作。因此必须周期性地对自举电容进行充电，即MOSFET功率管必须不断的处于开关状态，否则，当某个功率管长时间导通时，自举电容会与高侧驱动器形成一个泄放回路，导致高端功率管栅极欠压，无法驱动MOSFET功率管。
图2.7 驱动电路与功率变换原理图
图2.8 IR2110芯片10脚波形图
图2.9 IR2110芯片12脚波形图
图3.0 IR2110芯片1脚波形
[标签:标题] 篇一：交流电桥测电容和电感 实验二十八交流电桥测电容和电感 交流电桥与直流电桥相似，也由四个桥臂组成。但交流电桥组成桥臂的元件不仅是电阻，还包括电容或电感以及互感等。由于交流电桥的桥臂特性变化繁多，因此它测量范围更广泛。交流电桥除用于精确测量交流电阻、电感、电容外，还经常用于测量材料的介电常数、电容器的介质损耗、两线圈间的互感系数和耦合系数、磁性材料的磁导率以及液体的电导率等。当电桥的平衡条件与频率有关时，可用于测量交流电频率等。交流电桥电路在自动测量和自动控制电路中也有着广泛的应用。 一、实验目的 1．了解交流电桥的平衡原理及配置方法． 2．自组交流电桥测量电感、电容及损耗． 3．学习使用数字电桥测量电阻、电感和电容． 二、仪器与用具 低频信号发生器，交流毫伏表，交流电阻箱，可调标准电容箱(例如RX7-0型)，待测电容，电感线圈，电阻，数字电桥，开关等． 实验原理 1．交流电桥平衡条件 交流电桥是对比直流电桥的结构而发展出来的，它在测量电路组成上与惠斯通电桥相似，如图28-1所示，电桥的四个臂Z1，Z2，Z3，Z4通常是复阻抗(可以是电阻、电容、电 感或它们的组合)，ab间接交流电源E，cd间接交流平衡指示器D(毫伏表或示波器等)． 电桥平衡时，c、d两点等电位，由此得到交流电桥的平衡条件： ~~~~Z1Z3=Z2Z4 (28.1) ~~~~ 利用交流电桥测量未知阻抗ZX (ZX=Z1)的 过程就是调节其余各臂阻抗参数使(28.1)式满足 的过程．一般来说，ZX包含二个未知分量，实际 上按复阻抗形式给出的平衡条件相当于两个实数 平衡条件，电桥平衡时它们应同时得到满足，这 意味着要测量ZX，电桥各臂阻抗参数至少要有两 个可调，而且各臂必须按电桥的两个平衡条件作 适当配置．图28—1 2．桥臂配置和可调参数选取的基本原则 在多数交流电桥中，为了使线路结构简单和实现“分别读数”(即电桥的两个可调参数分别只与被测阻抗的一个分量有单值的函数关系)，常把电桥的两个臂设计成纯电阻(统称为辅助臂)，这样，除被测Zx外只剩一个臂具有复阻抗性质，此臂由标准电抗元件(标准电感或标准电容)与一个可调电阻适当组合而成(称为比较臂)，在这样的条件下，由交流电桥的平衡条件得到桥臂配置和可调参数选取的基本原则． (1)当比较臂与被测臂阻抗性质相同(指同为电感性或电容性)，二者应放在相邻的桥臂位置上；反之，应放在相对的桥臂位置上．~~~~~~ (2)若取比较臂的两个阻抗分量作可调参数，则当比较臂阻抗分量的联接方式(指串联或并联)与被测臂等效电路的联接方式一致时，二者应放在相邻的桥臂位置；反之，就放在相对的桥臂位置．
实验报告（三）电阻应变片的粘贴 实验目的: 1、初步掌握电阻应变片的粘贴技术； 2、初步掌握焊线和检查。 实验设备和器材: 1、电阻应变片 2、试件 3、砂布 4、丙酮（或酒精）等清洗器材 5、502粘接剂 6、测量导线 7、电烙铁 电阻应变片的工作原理: 1、电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化象。 2、当试件受力在该处沿电阻丝方向发生线变形时，电阻丝也随着一起变形（伸长或缩短），因而使电阻丝的电阻发生改变（增大或缩小）。 实验步骤:
1、定出试件被测位置，画出贴片定位线。 2、在贴片处用细砂布按45°方向交叉打磨。 3、然后用浸有丙酮（或酒精）的棉球将打磨处擦洗干净（钢试件用丙酮棉球，铝试件用酒精棉球）直至棉球洁白为止。 4、一手拿住应变片引线，一手拿502胶，在应变片基底底面涂上502胶（挤上一滴502胶即可）。 5、立即将应变片底面向下放在试件被测位置上，并使应变片基准对准定位线。将一小片薄膜盖在应变片上，用手指柔和滚压挤出多余的胶，然后手指静压一分钟，使应变片和试件完全粘合后再放开。从应变片无引线的一端向有引线的一端揭掉薄膜。 6、在紧连应变片的下部贴上绝缘胶布，胶布下面用胶水粘接一片连接片（焊片）。 7、将应变片的引线和连接应变仪的导线相连并焊接在连接片上，以便固定。用绝缘胶布将导线固定在梁上。 实验心得体会（必须写，不少于300字） 经过今天的这次试验我知道了电阻应变片是根据电阻应变效应作成的传感器。在发生机械变形时，电阻应变片的电阻会发生变化。使用时，用粘合剂将应变计贴在被测试件表面上，试件变形时，应变
实验题目：交流电桥 实验目的：掌握交流电桥的组成原理和用交流电桥测量电感和电容的方法。 实验原理：把惠斯通电桥的四个臂改为电抗元件，把直流电源和检流计改为交流电源和交 流平衡指示器，就组成交流电桥。 1、交流电桥及其平衡条件 其中在4 321,,,Z Z Z Z 是各桥臂的复阻抗，在A 、B 两端之间加入交流信号源，C 、D 两端之间接入交流零指示器（或交流平衡器），当电桥达到平 衡时，C 、D 两点点位相等，则有2211Z I Z I 4231Z I Z I （1） 可得 43 2 1Z Z Z Z （2） 即 43214 321 i i e Z Z e Z Z （3） 实部相等 4 321Z Z Z Z （4） 虚部相等 4321 (5) 2、元器件的等效电路 在交流电压作用下，往往桥臂所用元件存在能量损耗——相当于纯电阻能耗。 电阻在交流电作用下，往往具有电感和分布电容，电感元件也存在一定的导线电阻和分布电容，实际电感可等效为一个理想电感L 和一个纯电阻L R 的串联组合。 电容中一般含有电容率为 的介质。因而，电路中有一小部分电能在介质中损耗变成热能，可用等效C R 表示损耗。因此，通过电容器的支流电压和电流的相位差就不再是 2 。 3、测量电感 各臂阻抗 X X X s L j R L j R R Z R Z R Z R C j R Z '43 3221111/
平衡时 13232/R R R R R R C R R L X s X 其中Rx 为Lx 的损耗电阻，是由于涡流作用以热量形式发散出去，恰似在电感上串联一个Rx 等效电阻。 求出损耗电阻' R R R X 。电感的Q 值 X R L Q 。 4、测量电容 各臂阻抗 s s X X C j R Z C j R Z R Z R Z 11 432211 平衡时 S X S X R R R R C R R C 2 11 2 5、平衡调节 （1）事先设法知道待测元件的大概数值。根据平衡公式选定调节参数数值。 （2）分布反复调解。 实验器材：音频信号发生器、交流电阻箱四个、电容箱、待测电容、待测电感、耳机。 实验桌号：10号 实验内容：1，根据测Lx 原理图搭建交流电桥 2，测x L 、R 、x R 及x L 、x R 、Q 值
纸桥的制作方法 杜瑞泽法学111 112224 摘要：桥是道路交通的重要组成部分，桥的建造的质量对道路交通有着重要的影响。我们小组同学利用模型的方法对桥的制作进行了探索和研究，以找到一种最坚固、最美观同时又能节约原料的桥的制作方法。我们用纸和胶水作为材料，进行了纸桥的制作，并进行了承重实验，并对实验结果进行了分析，最终得出了我们的结论。 关键词：纸桥、结构、承重能力、美观、模型 引言：改革开放以来，随着我国经济的快速发展，对道路交通的要求也不断提高。而桥梁建设是道路交通中必不可少的部分。在这一时期，我国的道路交通事业包括桥梁建设也在飞速发展，并对经济的发展起到的促进的反作用，同时，我国河流纵横，山脉丘陵地带分布广泛，城市人口和建筑稠密，良田需要保护，这种种因素都会促成我国对桥梁建设的巨大需求。为了适应时代需要，我们进行了以研究和创新桥的制作方法为目的的实验，用纸张做成桥的模型，以分析其强度和承重能力，最终找到最优的纸桥的制作方法。 1实验方法 1.1准备工作 我们根据资料和自己的观察研究和以及想象，设计了几张不同的纸桥的图纸。我们准备的材料有A4纸若干张、胶水；准备的工具有剪刀（对纸张、支架、桥面进行裁剪）、小刀（对剪刀不能完美裁剪的地方进行休整，使截面更加平整，保证支架与桥面之间、支架与底座之间、支架与支架之间的粘连的稳固）、尺子（对纸桥的各个部件进行精确测量）、天平（测量纸桥的重量、测量纸桥可以承受的物体的重量，从而测定纸桥的承重能力）。 1.2纸桥制作 纸桥的制作并不是一件简单的事情，很多细节要注意并小心操作，一旦不注意就会导致部分甚至全部的工作需要重做。我们根据桥的图纸，首先推算出这个纸桥需要21根纸管。我们将纸卷成纸管，并在纸管的卷成的部分涂上胶水，将纸管固定。但是，在这个最简单的环节也出现了问题。由于纸管是由我们三个小组成员分别完成的，所以大家卷成的纸管的粗细并不完全一致，有些甚至还存在着较大的差异。而如果用这些粗细不同的纸管来做桥的话就会产生严重的不良后果。纸管是我们做纸桥最基本、最重要的元件。桥面、支撑面（桥墩）、支撑管等均有纸管或主要由纸管制成。如果支撑管粗细不均的话，会使桥面和支撑面厚度不一致，同时也会影响桥面和支撑面的稳固性，导致纸桥的质量收到严重影响，不利于最后的实验结论的正确得出。考虑到这些因素，我们挑选出一部分粗细程度基本一致的纸管，并以此为样本，作出了其余的符合要求的纸管。 做完所有的纸管后，我们家下来进行的是桥面的制作工作。桥面由两层组成，其中第一层由七根纸管组成，第八根由八根纸管组成。每层的制作方法是，首先将纸管紧紧地并列排放，中间尽量不留空隙。然后将一张纸的中间宽度与纸管并列排放后的宽度一致的部位涂上胶水，再将纸管粘在上面。最后，把纸管的两侧的纸也涂上胶水，并将它们向纸管的一侧折叠，最后达到把这一排纸管固定地包在这张纸中的效果。两层都制作完成后，将七根纸管组成的那层桥面放在上面，
厦门大学嘉庚学院传感器 实验报告 实验项目：实验一、二、三 金属箔式应变片 ——单臂、半桥、全桥 实验台号： 专 业： 物联网工程 年 级： 2014级 班 级： 1班 学生学号： ITT4004 学生姓名： 黄曾斌 实验时间： 2016 年 5 月 20 日
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．基本原理 金属电阻丝在未受力时，原始电阻值为R=ρL/S 。 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： 式中R R /?为电阻丝电阻的相对变化，K 为应变灵敏系数，L L /?=ε 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的受力状态变化，电桥的作用是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。 输出电压： 1.单臂工作：电桥中只有一个臂接入被测量，其它三个臂采用固定电阻；输出 U O14/εEK =。 2.双臂工作：如果电桥两个臂接入被测量，另两个为固定电阻就称为双臂工作电桥，又称为半桥形式；半桥电压输出U O2 2/εEK =。 3.全桥方式：如果四个桥臂都接入被测量则称为全桥形式。全桥电压输出U O3 εEK =。 三．需用器件与单元 CGQ-001实验模块、CGQ-013实验模块、应变式传感器、砝码、电压表、±15V 电源、±4V 电源、万用表（自备）。 ()() E R R R R R R R R U O 43213 241++-=
纸桥的设计与制作 （天津市科技活动方案样张之一） 一、题目纸桥的设计与制作 二、适用对象D段（七、八年级） 三、适用主体学校 四、活动目标 1．态度目标： ⑴采取分组的活动形式，培养学生的合作精神和有序的工作能力；通过成品展示、竞赛等活动，培养学生的既合作又竞争意识； ⑵在制作过程中，培养学生不畏艰难，不循旧规，敢于创新的精神。 2．科学方法、能力目标： ⑴学习科技制作、理解桥的主要结构的作用，通过纸桥的设计与制作使学生在探索中理解，材料的强度与它的几何形状有关。 ⑵在纸的多种承重实验研究、纸桥设计等过程中鼓励学生独立思考、发展学生的创造性思维能力。 ⑶培养学生与他人合作共同研究的能力。 3．知识目标： ⑴通过对桥的造型设计，培养学生的审美意识和环境美意识，提高创作模型的技能、技巧及可观赏性。 ⑵学习简单的技术设计。 五、活动方式： 活动以班为单位，分为若干活动小组（四名学生为一组），开展分组竞赛，作品在课上评定。 六、所需活动时间4——5学时 七、背景材料 1．知识背景： ⑴压力与压强 知道压力的概念，压力是指垂直压在物体表面上的力。 理解压强的的概念，压强是物体单位面积受到的压力。 固体的压强跟受力面积有关，截面积对压力有直接影响，截面积越大，压力越小
⑵拱形桥：拱起了腰的纸条可以驮起一盒火柴，这说明，向上拱起的物体最能承受外来的压力，它的强度要比没有拱起时大。火柴盒压在纸拱桥上，给予纸拱的是一种静态外力，它和作用在装甲车上的子弹冲击力不同。纸拱桥这种抵抗静态外力的本领，就叫静强度。 我们的祖先很早就发现了拱形物体的这种性质，并且把它运用到建筑上去。各地发掘出的东汉古墓，多数有“拱”式结构，可见一千几百年前我国的筑拱技术已经相当普及了。 现存的最古老的石拱桥是我国的赵州桥。赵州桥是隋朝石匠李春设计监造的，自公元616年建成，到现在已经有1300多年的历史了。这座石桥横跨在河北赵县城南洨河上，有着一个弧形的桥洞，犹如跨在河上的长虹。在漫长的岁月里，赵州桥经受了地震的摇撼，洪水的冲击，车马的压轧，仍然屹立在洨河上。（图一）赵州桥不但有个弧形的大拱，而且在桥肩还有4个小拱。当山洪暴发时，小拱可以把洪水泄走。赵州桥坚固的秘密正在拱上。 我国科技人员和工人继承并发展了拱桥建筑的传统，运用现代强度理论以及工程学，创造了双曲拱桥。双曲拱桥的外形同一般的空腹式拱桥好像没有什么区别。但是你如果走到桥下一看，就会发现它的肚皮是凹的，好像由几条自行车的挡泥板拼起来的，真是拱中有拱。这种桥的优点是造价低，载重负荷大，施工方便，节省材料。宏伟的南京长江大桥的公路引桥便是这种双曲拱桥。 双曲拱比单曲拱能承受更大的载荷，主要是因为双曲拱不仅在一个方向上呈拱形，而且在与其垂直的另一方向也呈拱形。自行车的挡泥板就是这种双曲拱形的。当它受力时，力使沿着两个拱的方向更均匀地传递；某一局部受力过大时，双曲拱能迅速自行调整平衡，使整个双拱曲不会因局部受力过大而损坏。 拱形结构除了能用于建造桥梁外，另一个重大的用处就是建造水坝。特别是双曲拱形坝，由于拱形顶所受的水压力能通过拱体均匀地传递给河岸，依靠坚固的两岸来维持的稳定，它与完全靠自身重量来维持平衡的重力坝相比，不仅可以减少体积，节约材料，而且还有一定的弹性，对地基的局部变形具有一定的适应能力，有较好的抗震性能。 我们的脚上就长着“双曲拱桥”，它就是人的足弓正常的脚都可以区分出三个足弓：两个纵向的纵弓和一个横断面上的横弓。 ⑶桥的历史与发展现状： 我国古代桥梁多用木、石、藤、竹及至皮革之类的天然材料，锻铁出现以后有了简单的铁链桥。它们的强度都很低。木、藤、竹，皮革类易腐烂，能够保留至今的古代桥梁多为石桥。中国古代著名石桥有：1河北赵州安济桥、2北京泸沟桥、3泉州安平桥。 1900-1949年,这一时期中国的桥梁建设几乎处于停滞状态，特别是由中国自行建设的桥梁工程更是寥寥无几。其中代表桥梁是1943年由我国老一辈桥梁工程专家茅以升老先生主持设计并建设的杭州钱塘江大桥。（图二） 钱塘江大桥位于杭州闸口六和塔附近，是由我国工程师自行设计并监造的第一座双层式公、铁两用桥。全桥长1453米，正桥长1072米，两岸引桥长381米。于1931年11月11日举行开工典礼，1935年通
传感器实验--- 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较 【实验目的】 了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。 验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。 【所需单元及部件】 直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬臂梁称重传感器、砝码、一片应变片、电压 /频率表、电 源，重物加在短小的圆盘上。 【旋钮初始位置】 直流稳压电源打到 +2V 挡，电压/频率表打到2V 挡，差动放大增益最大。 【应变片的工作原理】 当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变 效应。 设有一根长度为 L 、截面积为S 、电阻率为p 的金属丝，在未受力时，原始电阻为 当金属电阻丝受到轴向拉力 F 作用时，将伸长 横截面积相应减小 A S ,电阻率因晶格变化 等因素的影响而改变 Ap 故引起电阻值变化 AR 。对式（1 — 1）全微分，并用相对变化量来表示， 则有： 【测量电路】 应变片测量应变是通过敏感栅的电阻相对变化而得到的。通常金属电阻应变片灵敏度系数 K 很 小，机械应变一般在 10X10-6?3000X 10-6之间，可见，电阻相对变化是很小的。例如，某传感器弹性 元件在额定载荷下产生应变 1000 10 -6 ，应变片的电阻值为120 ，灵敏度系数 K=2,则电阻的 R 相对变化量为 K 2 1000 10 -6 =0.002，电阻变化率只有 0.2%。这样小的电阻变化，用一 R 般测量电阻的仪表很难直接测出来，必须用专门的电路来测量这种微弱的电阻变化。最常用的电路 为电桥电路。 R L S R L S (1-2)
直流电桥的电压输出 当电桥输出端接有放大器时，由于放大器的输入阻抗很高，所以，可以认为电桥的负载电阻为 无穷大，这时电桥以电压的形式输出。输出电压即为电桥输出端的开路电压，其表达式为 R 1 R 3 R 2 R 4 (R I R 2X R 3 R 4) 设电桥为单臂工-作状态，即R i 为应变片，其余桥臂均为固定电阻。 当R i 感受应变产生电阻增 衡引起的输出电压为 根据式（1-4）可得到输出电压为 duoo oLho （a ）单臂 （b ）半桥 （c ）全桥 图1-1应变电桥 (1-3) R i 时，由初始平衡条件 R 1R 3 R 2R 4 得負 t ，代入式（1-3），则电桥由于 R 1产生不平 R 2 (R 1 R 2)2 R 1U R 1 R 2 (R 1 R 2)2 R 1 L U (1-4) 对于输出对称电桥，此时 R 1 R 2 R ，R 3 R 4 R',当R 1臂的电阻产生变化 R 1 R ,
《搭纸桥》设计 东风小学王琳 教学目标 1、知道桥面截面形状不同，桥面中间承受力大小也就不同。 2、通过学会搭纸桥试验，培养科学精神，主要是让学生初步体会怎样去探究一 个课题。 3、培养学生动手能力。 教材内容 本课是九年义务教育小学自然教材第四册第14课内容。 重点、难点分析 本课重点是通过实验指导学生认识纸桥的形状不同，承受力的大小也不同。难点是提高学生的动手能力和归纳概括能力。 教学对象的分析 本课针对的是低年级学生，他们好动，好游戏，注意力不持久，喜欢课文内容形式多样化。本课多使用多媒体教学，用具体直观的自然物体和自然现象作为教材。让学生们看得见，摸得着，学得懂。 教学策略及教法设计 本课的思路是：首先用多媒体动画指导学生认识平面桥的承受力是比较小的；然后再引导学生通过改变桥面的形状，认识到纸桥的承受力大小与它们的形状有关系；最后用多媒体制作的练习题启发学生联系实际，把本课所学的科学道理用来解释周围常见物体的形状。 教学媒体的选择及应用 整个教学过程主要运用多媒体教学的手段。第一部分运用动画的形式演绎《小马过河》的故事，激发学生的学习兴趣。接下来用多媒体制作桥的画面并出示学生制作的模型，让学生直观分析桥面与桥墩的关系。第二部分师生共同演绎搭纸桥的步骤，让学生充分提高手眼的协调能力。第三部分用Auphorware制作智力竞赛题，验证学生对本课所学知识的掌握。 通过色彩鲜艳，制作精细的动画，逼真生动的视频效果引发学生的学习兴趣，激发学生回答问题的热情，从而达到运用多媒体教学的目的。 教学过程的设计与分析 师（投影《语文》第3册第13课《小马过河》的画面）：小朋友已经知道《小马过河》的故事，如果河水真的很深，小马又得过河，你能为小马想想办法吗？（学生不约而同地举手发言。） 生1：搭桥走过去。 生2：乘船过去。 生3：乘飞机过去。 生4：那里有很多石头，小马可以从石头上走过去。 师：小朋友们都很聪明，为小马想了很多的办法，老师想还是搭桥比较实际。（投
科技创新活动 题目：纸质桥梁模型制作 年级专业： 2011级水利水电工程 班级：一班 学生： * * *（组长） * * * * * * * * * * * * * * * 指导教师： * * * 日期： 2013年7月11日 城乡建设与工程管理学院
11级水利水电工程专业1班科技创新活动任务书 ——之纸质桥梁模型制作 1、桥梁模型要求： （1）桥梁模型总长度1000mm，制作误差不得超过10mm总宽度250mm，制作误差不得超过5mm，可采用多种桥梁型式。 （2）桥面须是水平的。 （3）桥的制造必须保证假设小车的正常通过。假设小车的尺寸是长30cm宽21cm高19cm的平板小车。 2、材料要求：A0绘图纸及白乳胶 3、加载方法：在桥梁跨中逐渐加载直至模型失效。失效标准为： （1）模型无法按照现场条件正确安装就位； （2）因模型的部件障碍或变形过大或模型发生破坏等原因，使得小车不能顺利到达彼岸。 （3）桥梁在加载的过程中最大挠度超过2.5cm。 （4）超出正常允许情形的其它失效情况。 4、分组要求：全班57人分成10组，其中7组6人，3组5人。 5、模型加载时间：星期四下午2点开始。 6、评分标准：本活动以锻炼学生的创新思维及团结协作为目的，评分根据学生的作品及在活动中的参与表现综合评分。
科技创新活动报告 ——纸质桥梁模型设计一、模型结构分析 (一)、材料力学性能分析 纸作为模型材料，其力学性能特点是受拉性能良好，抗撕裂能力差，抗弯压能力近似为零。将纸折成圆筒并用乳胶粘结后，可承受一定的压力，但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏。可承受少许弯矩。 乳胶的粘接性能：纸带对接时强度降低，纸带侧接时，强度较高，认为与母材强度相同。 (二)、构件力学性能 经过分析，纸卷成圆筒后，承拉能力远大于承压能力。在此构件力学性能分析的基础上，我们一致认为：方案应多选择为拉杆，压杆短而受力小，尽量不使其受弯矩。 二、设计方案分析 在模型结构分析的基础上，我们对以下几种设计方案进行了分析。 1.简支梁。简支梁受部分均布荷载。由于构件受弯是非常不利的，因此如果选用简支梁的形式，梁纵截面应选用鱼腹梁的形式。但制作难度大。如果梁为几片相同形状的纸粘接加厚而成，则侧面易失稳。因此不便采用。 2.拱形结构。拱桥最适于承受均布荷载，但在制作上较费材料。由于拱桥需要由很密的拱作片拼成，中间加肋，因此桥的自重较大，不便
实验报告 姓名：学号：班级： 实验项目名称：实验一金属箔式应变片性能——单臂电桥，半桥 实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况；：验证单臂、半桥性能及相互之间关系。 实验原理： 单臂、半桥、全桥是指在电桥组成工作时，有一个桥臂、二个桥臂、全部四个桥臂（用应变片）阻值都随被测物理量而变化。 电桥的灵敏度：电桥的输出电压（或输出电流） 与被测应变在电桥的一个桥臂上引起的电阻变化率之 间的比值，称为电桥的灵敏度。如图是直流电桥，它 的四个桥臂由电阻R1、R2、R3、R4组成，U。是供桥电 压，输出电压为： 当R1×R3=R2×R4则输出电压U为零，电桥处于平 衡状态。 如果将R4换成贴在试件上的应变片，应变片随试件的受力变形而变形，引起应变片电阻R4的变化，平衡被破坏，输出电压U发生变化。当臂工作时，电桥只有R4桥臂为应变片，电阻变为R＋R，其余各臂仍为固定阻值R,代入上式有 组桥时，R1和R3，R2和R4受力方向一致。 实验步骤（电路图）： （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，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）根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档，F／V表置20V档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F／V表显示为零，然后将F／V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F／V表显示为零。 图1金属箔式应变片性能—单臂电桥电路 （4）将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平等梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使F／V表显示最小，再旋动测微头，使F／V 表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。 （5）——往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下F／V表显示的值。建议每旋动测微头一周即ΔX＝0.5mm 记一个数值填入下表： （6）据所得结果计算灵敏度S＝ΔV／ΔX（式中ΔX为梁的自由端位移变化，ΔV为相应F ／V表显示的电压相应变化）。 (7) 将R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一应变片即取二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使F／V表显示表显示为零，重复（5）过程同样测得读数，填入下表： 实验结果及分析： 单臂电桥结果： 位移（mm）-1.0 -0.5 0.5 1.0 1.5 电压（mv）-0.057 -0.044 0.012 0.025 0.036 灵敏度计算：电压变化的平均值=0.013mv S=ΔV／ΔX=0.026mv/mm 结果分析：半桥的灵敏度是单臂电桥灵敏度的2倍。 实验中的注意事项及实验感想、收获或建议等：
纸桥的设计与制作 纸桥的设计与制作（生活动手做） 在这个实验活动中，我们要 1、采取分组的活动形式，培养学生的合作精神和有序的工作能力；通过成品展示、竞赛等活动，培养学生的既合作又竞争意识； 2、在制作过程中，培养自己不畏艰难，不循旧规，敢于创新的精神。 3、学习科技制作、理解桥的主要结构的作用，通过纸桥的设计与制作在探索中理解，材料的强度与它的几何形状有关。 4、在纸的多种承重实验研究、纸桥设计等过程中要学会独立思考 5、培养学生与他人合作共同研究的能力。 6、通过对桥的造型设计，提高创作模型的技能、技巧及可观赏性。 7、学习简单的技术设计。 ◇活动内容 纸桥的设计与制作 ◇背景材料 1、知识背景： ⑴压力与压强 知道压力的概念，压力是指垂直压在物体表面上的力。 理解压强的的概念，压强是物体单位面积受到的压力。 固体的压强跟受力面积有关，截面积对压力有直接影响，截面积越大，压力越小 ⑵拱形桥：拱起了腰的纸条可以驮起一盒火柴，这说明，向上拱起的物体最能承受外来的压力，它的强度要比没有拱起时大。火柴盒压在纸拱桥上，给予纸拱的是一种静态外力，它和作用在装甲车上的子弹冲击力不同。纸拱桥这种抵抗静态外力的本领，就叫静强度。 我们的祖先很早就发现了拱形物体的这种性质，并且把它运用到建筑上去。各地发掘出的东汉古墓，多数有“拱”式结构，可见一千几百年前我国的筑拱技术已经相当普及了。现存的最古老的石拱桥是我国的赵州桥。赵州桥是隋朝石匠李春设计监造的，自公元616年建成，到现在已经有1300多年的历史了。这座石桥横跨在河北赵县城南洨河上，有着一个弧形的桥洞，犹如跨在河上的长虹。在漫长的岁月里，赵州桥经受了地震的摇撼，洪水的冲击，车马的压轧，仍然屹立在洨河上。（图一）赵州桥不但有个弧形的大拱，而且在桥肩还有4个小拱。当山洪暴发时，小拱可以把洪水泄走。赵州桥坚固的秘密正在拱上。我国科技人员和工人继承并发展了拱桥建筑的传统，运用现代强度理论以及工程学，创造了双曲拱桥。双曲拱桥的外形同一般的空腹式拱桥好像没有什么区别。但是你如果走到桥下一看，就会发现它的肚皮是凹的，好像由几条自行车的挡泥板拼起来的，真是拱中有拱。这种桥的优点是造价低，载重负荷大，施工方便，节省材料。宏伟的南京长江大桥的公路引桥便是这种双曲拱桥。（图二） 双曲拱比单曲拱能承受更大的载荷，主要是因为双曲拱不仅在一个方向上呈拱形，而且在与其垂直的另一方向也呈拱形。
实验名称 ：交流电桥 得分：87 实验目的：掌握交流电桥的组成原理和用交流电桥测电感电容的方法. 实验原理: 一，交流电桥组成与基本原理 平衡条件 ： 4 3 2 1Z Z Z Z 即 43214321 i i e Z Z e Z Z 实部相等 4 3 21Z Z Z Z 虚部相等 4 321 二,交流元件 电阻0R Z R i 电流与电压相位一致 电容 容抗1C X Z i C 电流比电压超前2 电感 感抗L x Z i L 电流比电压落后2 实验一:交流电桥测电感
各臂阻抗 1111 2 2 33441/ 11 s s X X X Z R i C R i C R Z R Z R Z R R i L R i L & &&& 12311x s R R i L R R i C R 实部与虚部分别相等,得到平衡时 2342312314//X s X X L R R C R R R R R R R R R R R 其中Rx 为Lx 的损耗电阻，是由于涡流作用以热量形式发散出去，恰似在电感上串联一个Rx 等效电阻。电感的Q 值 X R L Q 实验二:交流电桥测电容
各臂阻抗 11223411X X s s Z R Z R Z R i C Z R i C && && 121 1 s X s X R R R R i C i C 实部与虚部分别相等,得到平衡时, 2112 ,X S X S R R C C R R R R 其中CS 为标准电容，由电容箱调节RS 为标准电阻，由电阻箱调节，Rx 为Cx 的损耗电阻，是由于涡流 作用以热量形式发散出去，恰似在电容上串联一个Rx 等效电阻。 试验记录 实验仪器及规格精度 ZX17-1交直流电阻器 0.5W RX710型十进制电容箱50V AC 参考值 13X L mH : 10L R : 0.68X C F : 0.65C R : 1500f Hz 计算公式如下: 实验一 23'231'231//2X s X L X X X X L R R C R R R R R R R R R R R L fL Q R R 计算值填入试验表格
科技创新活动 题目：纸质桥梁模型制作年级专业：2011级水利水电工程班级：一班 学生：* * *（组长） * * * * * * * * * * * * * * * 指导教师：* * * 日期：2013年7月11日
城乡建设与工程管理学院 11级水利水电工程专业1班科技创新活动任务书——之纸质桥梁模型制作 1、桥梁模型要求： （1）桥梁模型总长度1000mm，制作误差不得超过10mm总宽度250mm，制作误差不得超过5mm，可采用多种桥梁型式。 （2）桥面须是水平的。 （3）桥的制造必须保证假设小车的正常通过。假设小车的尺寸是长30cm宽21cm高19cm的平板小车。 2、材料要求：A0绘图纸及白乳胶 3、加载方法：在桥梁跨中逐渐加载直至模型失效。失效标准为：（1）模型无法按照现场条件正确安装就位； （2）因模型的部件障碍或变形过大或模型发生破坏等原因，使得小车不能顺利到达彼岸。 （3）桥梁在加载的过程中最大挠度超过2.5cm。 （4）超出正常允许情形的其它失效情况。 4、分组要求：全班57人分成10组，其中7组6人，3组5人。 5、模型加载时间：星期四下午2点开始。 6、评分标准：本活动以锻炼学生的创新思维及团结协作为目的，评
分根据学生的作品及在活动中的参与表现综合评分。． 科技创新活动报告 ——纸质桥梁模型设计 一、模型结构分析 (一)、材料力学性能分析 纸作为模型材料，其力学性能特点是受拉性能良好，抗撕裂能力差，抗弯压能力近似为零。将纸折成圆筒并用乳胶粘结后，可承受一定的压力，但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏。可承受少许弯矩。 乳胶的粘接性能：纸带对接时强度降低，纸带侧接时，强度较高，认为与母材强度相同。 (二)、构件力学性能 经过分析，纸卷成圆筒后，承拉能力远大于承压能力。在此构件力学性能分析的基础上，我们一致认为：方案应多选择为拉杆，压杆短而受力小，尽量不使其受弯矩。 二、设计方案分析 在模型结构分析的基础上，我们对以下几种设计方案进行了分析。1.简支梁。简支梁受部分均布荷载。由于构件受弯是非常不利的，因此如果选用简支梁的形式，梁纵截面应选用鱼腹梁的形式。但制作难度大。如果梁为几片相同形状的纸粘接加厚而成，则侧面易失稳。因此不便采用。 2.拱形结构。拱桥最适于承受均布荷载，但在制作上较费材料。由于
XX 学院 2012／2013学年第1学期 《力学综合训练》课程大作业报告 桥梁模型的设计与制作 院（系） XX 学院 专业班级 XX 班 学生姓名 Andy 组 别 第14组 指导老师 XXX 成 绩：(教师填写)______________ 2013年 01月 10日
课程大作业任务书 兹发给班学生课程大作业任务书，内容如下： 1. 设计题目：桥梁模型的设计与制作 2.应完成的项目： （1）模型设计摘要 （2）设计思路和特色的说明 （3）设计图纸（结构全图，重点部分可提供详图） （4）模型的照片 （5）本人在参赛组里的分工及本次活动的心得体会 （6）报告书写作 3. 参考资料以及说明： （1）力学综合训练要求 （2）《工程力学》，何庭惠、黄小清主编，华南理工大学出版社 （3）网上搜索“关于桥梁结构模型设计” 4. 本任务书于2012 年12 月24 日发出，应于2013 年1 月10 日前完成，然后进行考评。 指导教师签发2012 年12 月24 日
考核评语： 考核总评成绩： 指导教师签字： 年月
目录 摘要 0 一、设计思路和特色的说明 (1) 1.1设计思路 (1) 1.2特点 (2) 1.3纸桥制作原理 (2) 二、设计图纸 (3) 2.1设计图 (3) 2.2模型照片 (4) 摘要 为深入学习实践科学发展观，进一步解放思想，改革创新，推动创新型班级文化的建设进程,以综合实践活动为载体,宣传科技文化知识，丰富班级文化生活，提高我班学生文化素质，培养创新意识，激发创新思维。学校力学研究室拟定于
第十八和第十九周开展本学期素质教育活动，内容形式为“纸桥”模型制作比赛。桥梁模型要求为单跨，跨度不小于400mm，横截面宽度100至150mm之间，材料仅限于使用打印纸、透明胶纸和文具胶水，总质量不大于400克。 关键词：文化素质、设计竞赛、纸桥 一、设计思路和特色的说明 1.1设计思路： 利用平面桁架原理。桁架是平面结构中受力最合理的形式之一。 桁架由上弦、下弦、腹杆组成；腹杆的形式又分为斜腹杆、直腹杆；由于杆件本
南京信息工程大学传感器实验(实习)报告 实验(实习)名称金属箔式应变片半桥性能实验实验(实习)日期12.2得分指导老师 系专业班级姓名学号 实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。 实验内容： 基本原理：不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U O2＝EKε／2。 需用器件与单元：主机箱、应变式传感器实验模板、托盘、砝码。 实验步骤： 1、将托盘安装到应变传感器的托盘支点上。将实验模板差动放大器调零：用导线将实验模板上的±15v、⊥插口与主机箱电源±15v、⊥分别相连，再将实验模板中的放大器的两输入口短接(V i＝0)；调节放大器的增益电位器R W3大约到中间位置(先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实 验模板放大器的调零电位器R W4，使电压表显示为零。 图2 应变式传感器半桥接线图 2、拆去放大器输入端口的短接线，根据图2接线。注意R2应和R3受力状态相反，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。调节实验模板上的桥路平衡电位器R W1，使主机箱电压表显示为零；在应变传感器的托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g（或500 g）砝码加完。记下实验数据填入表2画出实验曲线，计算灵敏度S2＝U／W，非线性误差δ。实验完
毕，关闭电源。 实验结果： 表2 解：S=200/80=2.5 δ=Δm/y FS×100％=1/200x100%=0.5%
交流电桥实验 能源与动力工程151班 张陆 学号：5902615015 交流电桥是测量交流元件阻抗的一种常用电桥,主要用来精确测量电器的电容量和线圈的电感量,也用于测量频率、损耗等电参量及一些可转换为电参数的非电量。交流元件的电参数主要有电阻、电感、电容等。 实验目的 1、了解交流桥路的特点和调节平衡的方法。 2、使用交流电桥测量电容及其损耗。 3、使用交流电桥测量电感及其品质因数。 实验原理 1、交流电桥平衡条件 交流电桥是对比直流电桥的结构而发展出来的，它在测量电路组成上与惠斯通电桥相似，电桥的四个臂1~Z ，2~Z ，3~Z ，4~Z 通常是复阻抗(可以是电阻、电容、电感或它们的组合)， ab 间接交流电源E ，cd 间接交流平衡指示器D (毫伏表或示波器等)． 电桥平衡时，c 、d 两点等电位，由此得到交流电桥的平衡条件： 1~Z 3~Z =2~Z 4~ Z 利用交流电桥测量未知阻抗X Z ~(X Z ~=1~Z )的过程就是调节其余各臂阻抗参数使上式成立的过程．一般来说，X Z ~ 包含二个未知分量，实际上按复阻抗形式给出的平衡条件相当于两个实数平衡条件，电桥平衡时它们应同时得到满足，这意味着要测量X Z ~ ，电桥各臂阻抗参 数至少要有两个可调，而且各臂必须按电桥的两个平衡条件作适当配置． 2、桥臂配置和可调参数选取的基本原则 在多数交流电桥中，为了使线路结构简单和实现“分别读数”(即电桥的两个可调参数
分别只与被测阻抗的一个分量有单值的函数关系)，常把电桥的两个臂设计成纯电阻(统称为 辅助臂)，这样，除被测x Z ~ 外只剩一个臂具有复阻抗性质，此臂由标准电抗元件(标准电感 或标准电容 )与一个可调电阻适当组合而成(称为比较臂)，在这样的条件下，由交流电桥的平衡条件得到桥臂配置和可调参数选取的基本原则． (1)当比较臂与被测臂阻抗性质相同(指同为电感性或电容性)，二者应放在相邻的桥臂位置上；反之，应放在相对的桥臂位置上． (2)若取比较臂的两个阻抗分量作可调参数，则当比较臂阻抗分量的联接方式(指串联或并联)与被测臂等效电路的联接方式一致时，二者应放在相邻的桥臂位置；反之，就放在相对的桥臂位置． (3)当缺乏可调标准电抗元件或需要采用高精度固定电抗元件作为标准量具时，则选取辅助臂和比较臂所含电阻中的两个作为可调参数使电桥趋于平衡．(此时一般不能分别读数)． 电桥达到平衡。 3．常用的交流电桥 (1)电容电桥 电容电桥主要用来测量电容器的电容量及损耗角，利用已知电容测量未知电容。 ① 电容器的损耗因数 等效串联电路中的C 和R 与等效并联电路中的C ˊ、R ˊ是不相等的。在一般情况下，当电容器介质损耗不大时，应当有C ≈C ˊ,R ≤R ˊ。所以，如果用R 或R ˊ来表示实际电容器的损耗时，还必须说明它对于哪一种等效电路而言。因此为了表示方便起见，通常用电容器的损耗角δ的正切tan δ来表示它的介质损耗特性，并用符号D 表示，通常称它为损耗因数。在串联等效电路中，损耗因数表示为 CR C I IR U U D C R ωωδ=== =tan 在等效的并联电路中，损耗因数表示为 ' '1 ''tan R C U C R U I I D C R ωωδ==== 应当指出，两种等效电路都是适合的，所以不管用哪种等效电路，求出的损耗因数是一致的。
XX学院 2012／2013学年第1学期 《力学综合训练》课程大作业报告桥梁模型的设计与制作 院（系）XX学院 专业班级 XX班 学生姓名Andy 组别第14组 指导老师XXX 成绩：(教师填写)______________ 2013年 01月 10日
课程大作业任务书 兹发给班学生课程大作业任务书，内容如下： 1. 设计题目：桥梁模型的设计与制作 2.应完成的项目： （1）模型设计摘要 （2）设计思路和特色的说明 （3）设计图纸（结构全图，重点部分可提供详图） （4）模型的照片 （5）本人在参赛组里的分工及本次活动的心得体会 （6）报告书写作 3. 参考资料以及说明： （1）力学综合训练要求 （2）《工程力学》，何庭惠、黄小清主编，华南理工大学出版社 （3）网上搜索“关于桥梁结构模型设计” 4. 本任务书于2012 年12 月24 日发出，应于2013 年1 月10 日前完成，然后进行考评。 指导教师签发2012 年12 月24 日
考核评语： 考核总评成绩： 指导教师签字： 年月
目录 摘要 (1) 一、设计思路和特色的说明 (2) 1.1设计思路 (2) 1.2特点 (2) 1.3纸桥制作原理 (2) 二、设计图纸 (3) 2.1设计图 (3) 2.2模型照片 (4) 三、参赛组里的分工及本次活动的心得体会 (5) 3.1在参赛组里的分工.............................................................................. 错误！未定义书签。 3.2心得体会.............................................................................................. 错误！未定义书签。
传感器实验报告 一、实验原理 利用电阻式应变片受到外力发生形变之后，金属丝的电阻也随之发生变化。通过测量应变片的电阻变化再反算回去应变片所受到的应变量。利用电桥将电阻变化转化成电压变化进行测量，电桥的输出电压经过应变放大仪之后输出到采集卡，labview 采集程序通过采集卡 读取到应变放大仪的输出。 1 4 电桥输出电压与导体的纵向应变ε之间的关系为： 1 4 v V K ε=??? (1.1) 其中K 为电阻应变片的灵敏系数，V 为供桥电压，v 为电桥输出电压。由上式可知通过测量电桥输出电压再代入电阻应变片的灵敏系数就可以求出导体的纵向应变，即应变片的纵向应变。 二、实验仪器 悬臂梁 一条 应变片 一片 焊盘 两个 502胶水 一瓶 电阻桥盒 一个 BZ2210应变仪 一台 采集卡 一个 电脑 一台 砝码 一盒 三、实验步骤 1、先用砂纸摩擦桥臂至光滑，再用无水乙醇擦拭桥臂； 2、拿出应变片和焊盘，将502胶水滴在应变片及焊盘背面，把其贴在桥臂上，并压紧应变片； 3、使用电烙铁将应变片和焊盘焊接起来，再将焊盘跟桥盒连接起来，这里采用的是1 桥的接法； 4、将桥盒的输出接入到应变放大仪的通道1； 5、应变仪的输出接到采集卡上； 6、运行labview 的采集程序进行测试；
7、改变砝码的重量，从采集程序记录得出的数据。 8、对所得的数据做数据处理。 四、实验数据
五、数据分析 1、线性度分析 取出实验数据的0~250g的部分做线性度分析，数据如表2所示。
对上述数据进行初步分析，第一组跟第三组数据都是呈线性的，而第二组数据在70g-100g 这里却有了0.0013的变化，变化较大，不符合理论值，所以在进行数据分析时排除第二组数据，仅适用第一、第三组数据进行数据分析。对第一、第三组数据使用MATLAB 进行分析，先将两组数据做曲线拟合，得到拟合曲线之后将x 代入拟合曲线中求出对应的值，再把两组数据的端点取出做直线，将两条线相减得到最大差值，分别求出两组数据的最大差值，再代入公式max =100%L FS L Y γ?± ? 求出每组数据的线性度。FS Y 指的是满量程输出，这里取重量为250g 的数据。 具体实现的MATLAB 代码： x=[0 10 20 30 40 50 70 100 120 150 170 200 250]; x0=[0 250]; y01=[2.8646 2.8734]; y03=[2.8736 2.8828]; y1=[2.8646 2.8646 2.8648 2.8652 2.8653 2.8687 2.8662 2.8677 2.8681 2.8696 2.8701 2.8715 2.8734];%第一组数据 y2=[2.8613 2.8615 2.8619 2.8623 2.8625 2.8629 2.8637 2.865 2.8657 2.8668 2.8836 2.8847 2.886];%第二组数据 y3=[2.8736 2.8739 2.8742 2.8745 2.8749 2.8752 2.876 2.8771 2.8778 2.879 2.8798 2.8807 2.8828];%第三组数据 p1=polyfit(x,y1,1); p2=polyfit(x,y2,1); p3=polyfit(x,y3,1); p4=polyfit(x0,y01,1); p5=polyfit(x0,y03,1);