CN102903285A - 电桥加减特性演示仪 - Google Patents

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Abstract

本发明为电桥加减特性演示仪，属于机电类，其括数值显示单元、桥式电路显示单元、试验构件应变片位置显示单元及操作单元，其中：数值显示单元包括应变值显示模块与电阻增量值显示模块，桥式电路显示单元包括有桥式电路显示图样，应变片位置显示单元包括有试验构件应变片位置示意图区、四个受力方向控制按钮与四个应变片粘贴位置控制按钮，操作单元包括有电源开关、调零按钮、加载按钮、图形转换档及图形构造开关，本发明通过电桥演示，在电测实验中测量某一构件的应变时，应变片的粘贴位置和方向与电桥的输出特性有着直接的关系，可以清楚地观察到电桥加减特性，组桥方法以及电阻应变片在桥路中的连接方法的实用性。

Description

电桥加减特性演示仪
技术领域
本发明涉及机电类，为提供一种电桥加减特性演示仪，尤指一种可以清楚直观演示电桥的加减特性的电桥加减特性演示仪。 
背景技术
在机械工程、材料工程、电气自动化等专业中，都需进行电测实验，但在电测实验中学生很难理解电桥加减特性的组桥方法，以及一处受力的单点测量、半桥测量和全桥测量的测量技巧方法。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种电桥加减特性演示仪，以解决在电测实验中的电桥加减特性实验难于理解的问题。 
本发明包括有数值显示单元、桥式电路显示单元、试验构件应变片位置显示单元及操作单元，其根据电桥的加减特性，利用大数码管显示电桥的输出应变值，四个小数码管为四个桥臂的增量电阻变化值，分别用△R1、△R2、△R3、△R4表示，四个桥臂电阻即应变片分别由四个应变片粘贴位置控制按钮控制，同时在电桥中可通过四个桥臂发光管显示出电桥的组桥方法。电阻即应变片在构件中粘贴的位置和方向，四个加载按钮分别代表四个电阻即应变片受力后电阻发生的改变量，每个转换开关设有递增和递减固定三档电阻，根据电阻即应变片的粘贴的位置和构件受力变形方向是拉伸还是压缩，转动四个加载按钮的递增或递减挡，使四个桥臂电阻即应变片受力发生变形时，改变电阻变化，同时四个桥臂的电阻R1、R2、R3、R4分别产生增量值△R1、△R2、△R3、△R4显示小数码管上，表示桥臂电阻受力后阻值发生的变化，同时在大屏幕（数码管）显示出应变值。达到可以清楚地观察到电桥加减特性； 
电桥的输出特性的关系式为：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE002
如果电阻
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE004
，则
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE006
，电桥处于平衡状态；为电桥的平衡条件，此时如各桥臂电阻产生一微量小增量，分别为
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE008
 ，则可由上式得到电桥输出电压为：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
式中：UBD为电桥输出电压；
Figure 658729DEST_PATH_IMAGE008
为电阻变化值；
E为常数的弹性模量；
K为灵敏系数；
若用四个电阻应变片作桥臂（其初始电阻值满足平衡条件），当应变片的电阻发生变化
Figure 500783DEST_PATH_IMAGE008
时，根据上式公式得到应变值分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE012
 
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为四个桥臂受力后产生的应变值。
本发明具体包括：数值显示单元、桥式电路显示单元、试验构件应变片位置显示单元及操作单元，其中： 
数值显示单元包括应变值显示模块与电阻增量值显示模块，应变值显示模块由大型数码管组成，桥臂电阻值发生变化的数值通过转换器把电阻的变化转换成应变值，显示于应变值显示模块屏幕上；电阻增量值显示模块由四个小数码管组成，用于显示四个桥臂电阻R1、R2、R3、R4受力后所产生的电阻增量值变化△R1、△R2、△R3、△R4。
桥式电路显示单元包括有桥式电路显示图样，其四个桥臂电阻即应变片R1、R2、R3、R4采用不同颜色的发光管构成，拉伸显示出红色、压缩显示出绿的，藉此可明显看出构件在受力后产生变形的方向。 
应变片位置显示单元包括有试验构件应变片位置示意图区、四个受力方向控制按钮与四个应变片粘贴位置控制按钮，试验构件应变片位置示意图为示意显示出应变片粘贴位置及受力方向，应变片粘贴位置控制按钮固定在构件粘贴的指定位置，用于控制四个桥臂电阻即应变片R1、R2、R3、R4的位置，受力方向控制按钮用于控制构件的受力方向，其构件的拉伸、压缩、弯曲、扭转等，用发光二极管箭头来表示。 
操作单元包括有电源开关、调零按钮、加载按钮、图形转换档及图形构造开关，四个桥臂电阻即即应变片的阻值是通过四个加载按钮实现单臂测量、半桥测量、全桥测量的数据显示，图形转换档与图形构造开关用于选择不同的构件以及应变片所粘贴的方向，调零按钮用于调整四个电阻初始值微小变化，使大屏幕处于零状态。 
本实验构件分为两种：悬臂梁、弯扭组合变形，都是采用发光管制作成 图形，非常清晰。 
演示方法主要用于工程力学、材料力学电测实验中，应变片在桥路连接的作用，桥路连接共有三种方法：根据实验的要求，可通过四个按钮代表四个电阻（应变片）组成单臂半桥测量，半桥测量、全桥测量。同时在电桥中发光管会显示出单臂半桥测量，半桥测量、全桥测量桥路连接的不同方法。 
如果出现错误接法，在演示电桥中，两个相邻桥臂电阻会出现相同的发光颜色（红色），相互抵消的信号，相邻桥臂两个增量值
Figure DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure DEST_PATH_IMAGE018
电阻阻值相同，根据电桥加减特性，应变值互相抵消，同时数码管输出端会显示出零；正确接法时，两个相邻桥臂的电阻会出现两种不同的颜色（红、绿），表示拉伸和压缩，符合电桥的加减特性，逆号相加的原理，和
Figure 897315DEST_PATH_IMAGE018
在数码管窗口出现增加和减小现象，同时数码管输出端会显示出
Figure 782095DEST_PATH_IMAGE016
和相加的2倍应变值。 
本发明的优点在于：本发明根据电桥的加减特性，利用大数码管显示电桥的输出应变值，四个小数码管为四个桥臂的增量电阻，分别用△R1、△R2、△R3、△R4表示，当四个桥臂电阻发生变化时，△R1、△R2、△R3、△R4同时显示出电阻阻值的变化，通过转换器把电阻的变化转换成应变值，显示在屏幕上，达到可以清楚地观察到电桥加减特性，组桥方法以及电阻应变片在桥路中的连接方法的实用性。 
附图说明
图1为本发明的操作界面示意图。 
图2为本发明的桥路连接方式示意图。 
附图序号说明：1.数值显示单元、11.应变值显示模块、12.电阻增量值显示模块、2.桥式电路显示单元、21.桥式电路显示图样、3.试验构件应变片位置显示单元、31.试验构件应变片位置示意图区、32.受力方向控制按钮、33.应变片粘贴位置控制按钮、4.操作单元、41.电源开关、42.调零按钮、43.加载按钮、44.图形转换档、45.图形构造开关。 
具体实施方式
本发明根据电桥的加减特性，利用大数码管显示电桥的输出应变值，四个小数码管为四个桥臂的增量电阻变化值，分别用△R1、△R2、△R3、△R4表示，四个桥臂电阻即应变片分别由四个应变片粘贴位置控制按钮33控制，同时在桥式电路显示单元2中可通过四个桥臂发光管显示出电桥的组桥方法，电阻即应变片在构件中粘贴的位置和方向，四个加载按钮43分别代表四个电阻即应变片受力后电阻发生的改变量，每个转换开关设有递增和递减固定三档电阻，根据电阻即应变片的粘贴的位置和构件受力变形方向是拉伸还是压缩，转动四个加载按钮43的递增或递减挡，当四个桥臂电阻即应变片受力发生变形时，改变电阻变化，同时四个桥臂的电阻R1、R2、R3、R4分别产生增量值△R1、△R2、△R3、△R4显示小数码管上，表示桥臂电阻受力后阻值发生的变化，同时在大屏幕（数码管）显示出应变值，达到可以清楚地观察到电桥加减特性； 
如附图1所示，本发明包括有数值显示单元1、桥式电路显示单元2、试验构件应变片位置显示单元3及操作单元4，其中：
数值显示单元1包括应变值显示模块11与电阻增量值显示模块12，应变值显示模块11由大型数码管组成，桥臂电阻值发生变化的数值，通过转换器把电阻的变化转换成应变值，显示于应变值显示模块11的屏幕上，电阻增量值显示模块12由四个小数码管组成，用于显示四个桥臂电阻R1、R2、R3、R4受力后，产生的电阻增量值变化△R1、△R2、△R3、△R4；
桥式电路显示单元2包括有桥式电路显示图样21，其四个桥臂电阻（应变片）R1、R2、R3、R4采用不同颜色的发光管构成，拉伸显示出红色、压缩显示出绿的，藉此可明显看出构件在受力后产生变形的方向；
应变片位置显示单元3包括有试验构件应变片位置示意图区31、四个受力方向控制按钮32与四个应变片粘贴位置控制按钮33，试验构件应变片位置示意图区31通过图示显示出应变片粘贴位置及受力方向。应变片粘贴位置控制按钮33固定在构件粘贴的指定位置，用于控制四个桥臂电阻（应变片）R1、R2、R3、R4的位置，受力方向控制按钮32用于控制构件的受力方向，即构件的拉伸、压缩、弯曲、扭转等，并用发光二极管箭头来表示；
操作单元4包括有电源开关41、调零按钮42、加载按钮43、图形转换档44及图形构造开关45，四个桥臂电阻（应变片）的阻值的加减通过四个加载按钮43实现，图形转换档44用于选择不同的构件以及应变片所粘贴的方向，调零按钮42用于调整四个电阻初始值微小变化，使大屏幕处于零状态，
本实验构件分为两种：悬臂梁、弯扭组合变形，都是采用发光管制作成图形，非常清晰。
演示方法主要用于工程力学、材料力学电测实验中，应变片在桥路连接的作用，桥路连接共有三种方法：根据实验的要求，可通过各种按钮组成单臂半桥测量a，半桥测量b、全桥测量c，如附图2所示。 
如果出现错误接法，在演示电桥中，两个相邻桥臂电阻会出现相同的发光颜色（红色），相互抵消的信号，相邻桥臂两个增量值
Figure 556683DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 225562DEST_PATH_IMAGE018
电阻阻值相同，根据电桥加减特性，应变值互相抵消，同时数码管输出端会显示出零；正确接法时，两个相邻桥臂的电阻会出现两种不同的颜色（红、绿），表示拉伸和压缩，符合电桥的加减特性，逆号相加的原理，
Figure 281242DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 35572DEST_PATH_IMAGE018
在数码管窗口出现增加和减小现象，同时数码管输出端会显示出
Figure 585633DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 109018DEST_PATH_IMAGE018
相加的2倍应变值。 
通过电桥演示，在电测实验中测量某一构件的应变时，应变片的粘贴位置和方向与电桥的输出特性有着直接的关系，弄清电测法电桥特性原理，合理掌握不同的接桥方法，为提高测试精度打下一个良好的基础。 

Claims (5)

1.一种电桥加减特性演示仪，其特征在于包括：数值显示单元（1）、桥式电路显示单元(2)、试验构件应变片位置显示单元(3)及操作单元(4)，其
根据电桥的加减特性，利用大数码管显示电桥的输出应变值，四个小数码管为四个桥臂的增量电阻变化值，分别用△R1、△R2、△R3、△R4表示，当四个桥臂电阻即应变片受力发生变形时，改变电阻变化，同时四个桥臂的电阻R1、R2、R3、R4分别产生增量值△R1、△R2、△R3、△R4显示于小数码管上，表示桥臂电阻受力后阻值发生的变化，通过转换开关，改变四个电阻的变化，把电阻的变化转换成应变值，所产生的变化及受力大小显示在屏幕上，达到可以清楚地观察到电桥加减特性：
电桥的输出特性的关系式：
Figure 201210390913X100001DEST_PATH_IMAGE001
如果电阻
Figure 644578DEST_PATH_IMAGE002
，则
Figure 201210390913X100001DEST_PATH_IMAGE003
，电桥处于平衡状态；
Figure 792794DEST_PATH_IMAGE002
为电桥的平衡条件，此时如各桥臂电阻产生一微量小增量，分别为
Figure 584032DEST_PATH_IMAGE004
 ，则可由上式得到电桥输出电压为：
式中：UBD为电桥输出电压；
Figure 971502DEST_PATH_IMAGE004
为电阻变化值；
E为常数的弹性模量；
K为灵敏系数；
若用四个电阻应变片作桥臂，当应变片的电阻发生变化
Figure 469479DEST_PATH_IMAGE004
时，根据上式公式得到应变值分别为：
Figure 303443DEST_PATH_IMAGE006
 
式中，
Figure 201210390913X100001DEST_PATH_IMAGE007
为四个桥臂受力后产生的应变值。
2.根据权利要求1所述的电桥加减特性演示仪，其特征在于：数值显示单元(1)包括有应变值显示模块(11)与电阻增量值显示模块(12)，其中：
应变值显示模块(11)由大型数码管组成，桥臂电阻值发生变化的数值通过转换器把电阻的变化转换成应变值，显示于应变值显示模块(11)的屏幕上；
电阻增量值显示模块(12)由四个小数码管组成，用于显示四个桥臂电阻R1、R2、R3、R4受力后所产生的电阻增量值变化△R1、△R2、△R3、△R4。
3.根据权利要求1所述的电桥加减特性演示仪，其特征在于：桥式电路显示单元(2)包括有桥式电路显示图样（21），其四个桥臂电阻即应变片R1、R2、R3、R4采用不同颜色的发光管构成。
4.根据权利要求1所述的电桥加减特性演示仪，其特征在于：应变片位置显示单元（3）包括有试验构件应变片位置示意图区（31）、四个受力方向控制按钮（32）与四个应变片粘贴位置控制按钮（33），试验构件应变片位置示意图区（31）为示意显示出应变片粘贴位置及受力方向，应变片粘贴位置控制按钮（33）固定在构件粘贴的指定位置，用于控制四个桥臂电阻即应变片R1、R2、R3、R4的位置，受力方向控制按钮（32）用于控制构件的受力方向，其构件的拉伸、压缩、弯曲、扭转等，用发光二极管箭头来表示。
5.根据权利要求1所述的电桥加减特性演示仪，其特征在于：操作单元（4）包括有电源开关（41）、调零按钮（42）、加载按钮（43)、图形转换档（44）及图形构造开关（45），四个桥臂电阻即应变片的阻值是通过四个加载按钮（43）实现单臂测量、半桥测量、全桥测量的数据显示，图形转换档（44）与图形构造开关（45）用于选择不同的构件以及应变片所粘贴的方向，调零按钮（42）用于调整四个电阻初始值微小变化，使大屏幕处于零状态。
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