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1、1实验一实验一应变片单臂电桥性能实验应变片单臂电桥性能实验一、实验目的：一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。二、基本原理：二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。 电桥电路按其工作方式分有单臂、双臂和全桥三种，单臂工作输出信号最小、线性、稳定性较差；双臂输出是单臂的两倍， 性能比单臂有所改善； 全桥工作时的输出是单臂时的四倍， 性能最好。因此，为了得到较大的输出电压信号一般都采用双臂或全桥工作。基本电路如图 12（a） 、（b） 、 （c）所示。（a）单臂
2、（b）半桥（c）全桥图 12 应变片测量电路（a） 、单臂UoUU(R1R1)(R1R1R5)R7(R7R6)E （R7R6） （R1R1）R7（R5R1R1） （R5R1R1） （R7R6） E设 R1R5R6R7，且R1R1RR1，RRK，K 为灵敏度系数。则 Uo(14)(R1R1)E(14)(RR)E(14)KE(b)、双臂(半桥)同理:Uo(12)(RR)E(12)KE(C)、全桥同理:Uo(RR)EKE三三、需用器件与单元需用器件与单元：主机箱中的2V10V（步进可调）直流稳压电源、15V 直流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码；四、实验步骤：四、实验步骤：1、将托
3、盘安装到传感器上23、实验模板中的差动放大器调零：按图 16 示意接线，将主机箱上的电压表量程切换开关切换到 2V 档，检查接线无误后合上主机箱电源开关；调节放大器的增益电位器 RW3合适位置(先顺时针轻轻转到底， 再逆时针回转 1 圈)后， 再调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。图 16 差动放在器调零接线示意图4、应变片单臂电桥实验：关闭主机箱电源，按图 17 示意图接线，将2V10V 可调电源调节到4V 档。检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节实验模板上的桥路平衡电位器 RW1，使主机箱电压表显示为零；在传感器的托盘上依次增加放置一只 20g 砝码(尽量靠近托盘的中
4、心点放置)，读取相应的数显表电压值，记下实验数据填入表 1。图 17 应变片单臂电桥实验接线示意图表 1应变片单臂电桥性能实验数据5、根据表 1 数据作出曲线并计算系统灵敏度 SV/W（V 输出电压变化量，W 重量变3化量）和非线性误差，=m/yFS 100式中m 为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yFS 满量程输出平均值，此处为 200g。实验完毕，关闭电源。实验二实验二 应变片半桥性能实验应变片半桥性能实验一、实验目的：一、实验目的：了解应变片半桥（双臂）工作特点及性能。二、基本原理：二、基本原理：应变片基本原理参阅实验一。应变片半桥特性实验原理如图 21 所示。不同应力
5、方向的两片应变片接入电桥作为邻边，输出灵敏度提高，非线性得到改善。其桥路输出电压 Uo(12)(RR)E(12)KE 。图 21应变片半桥特性实验原理图三三、需用器件与单元需用器件与单元：主机箱中的2V10V（步进可调）直流稳压电源、15V 直流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码。四、实验步骤：四、实验步骤：1、按实验一（单臂电桥性能实验）中的步骤 1 和步骤 3 实验。2、关闭主机箱电源，除将图 17 改成图 22 示意图接线外，其它按实验一中的步骤4 实验。读取相应的数显表电压值，填入表 2 中。4图 22应变片半桥实验接线示意图表 2应变片半桥实验数据3、根据表 2 实验
6、数据作出实验曲线，计算灵敏度 SV/W，非线性误差。五、思考题：五、思考题：半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在： （1）对边（2）邻边。实验三实验三应变片全桥性能实验应变片全桥性能实验一、实验目的：一、实验目的：了解应变片全桥工作特点及性能。二、基本原理：二、基本原理：应变片基本原理参阅实验一。应变片全桥特性实验原理如图 31 所示。应变片全桥测量电路中， 将应力方向相同的两应变片接入电桥对边， 相反的应变片接入电桥邻边。当应变片初始阻值：R1R2R3R4，其变化值R1R2R3R4时，其桥路输出电压 Uo(RR)EKE。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性得到改善。图
7、31 应变片全桥特性实验接线示意图三三、需用器件和单元需用器件和单元：主机箱中的2V10V（步进可调）直流稳压电源、15V 直流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码。四、实验步骤：四、实验步骤：实验步骤与方法（除了按图 32 示意接线外）参照实验二，将实验数据填入表 3 作出实验曲线并进行灵敏度和非线性误差计算。实验完毕，关闭电源。图 32 应变片全桥性能实验接线示意图5表 3 全桥性能实验数据 五、思考题：五、思考题：测量中，当两组对边（R1、R3 为对边）电阻值 R 相同时，即 R1R3，R2R4，而 R1R2 时，是否可以组成全桥： （1）可以（2）不可以。*实验四实验四应
8、变片单臂、半桥、全桥性能比较应变片单臂、半桥、全桥性能比较一、实验目的：一、实验目的：比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。二、基本原理：二、基本原理：如图 4 （a） 、 （b） 、 （c）（a）单臂（b）半桥（c）全桥图 4应变电桥（a） 、UoUU(R1R1)(R1R1R2)R4(R3R4)E （1R1R1）（1R1R1R2R2）（R4R3）（1R4R3） E设 R1R2R3R4，且R1R11。Uo(14)(R1R1)E所以电桥的电压灵敏度:SUo(R1R1)kE(14)E(b)、同理:Uo(12)(R1R1)ES(12)E(C)、同理:Uo(R1R1)ESE三三
9、、需用器件与单元需用器件与单元：主机箱中的2V10V（步进可调）直流稳压电源、15V 直流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码。四四、实验步骤实验步骤：根据实验一、 二、三所得的单臂、 半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度，从理论上进行分析比较。经实验验证阐述理由（注意：实验一、二、三中的放大器增益必须相同） 。实验完毕，关闭电源。实验五实验五应变片应变片直流全桥的应用直流全桥的应用电子秤实验电子秤实验6一、实验目的：一、实验目的：了解应变直流全桥的应用及电路的标定。二二、基本原理基本原理：常用的称重传感器就是应用了箔式应变片及其全桥测量电路。数字电子秤实验原理如图 51。本实验只
10、做放大器输出 Vo 实验，通过对电路的标定使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成为一台原始电子秤。图 51数字电子称原理框图三三、需用器件与单元需用器件与单元：主机箱中的2V10V（步进可调）直流稳压电源、15V 直流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码。四、实验步骤：四、实验步骤：1、按实验一中的 1 和 3 步骤实验。2、关闭主机箱电源，按图 32 （应变片全桥性能实验接线示意图）示意接线，将2V10V 可调电源调节到4V 档。 检查接线无误后合上主机箱电源开关， 调节实验模板上的桥路平衡电位器 RW1，使主机箱电压表显示为零；3、将 10 只砝
11、码全部置于传感器的托盘上，调节电位器 RW3（增益即满量程调节）使数显表显示为 0.200V(2V 档测量)。4、拿去托盘上的所有砝码，调节电位器 RW4（零位调节）使数显表显示为 0.000V。5、重复 3、4 步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲 V 改为重量纲 g，将砝码依次放在托盘上称重；放上笔、钥匙之类的小东西称一下重量。实验完毕，关闭电源。实验十一实验十一差动变压器的性能实验差动变压器的性能实验一、实验目的：一、实验目的：了解差动变压器的工作原理和特性。二二、基本原理基本原理：差动变压器的工作原理电磁互感原理。由一个一次绕组 1 和二个二次绕组2、3 及一个衔铁 4 组成。差
12、动变压器一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移改变而变化。由于把二个二次绕组反向串接（同名端相接） ，以差动7电势输出，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称差动变压器。由于差动变压器制作上的不对称以及铁心位置等因素所造成的。 零点残余电动势的存在，使得传感器的输出特性在零点附近不灵敏， 给测量带来误差， 此值的大小是衡量差动变压器性能好坏的重要指标。为了减小零点残余电动势可采取以下方法：1、尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数及磁路的对称。磁性材料要经过处理，消除内部的残余应力，使其性能均匀稳定。2、选用合适的测量电路，如采用相敏整流电路。既可判别
13、衔铁移动方向又可改善输出特性，减小零点残余电动势。3、采用补偿线路减小零点残余电动势。图 114 是其中典型的几种减小零点残余电动势的补偿电路。在差动变压器的线圈中串、并适当数值的电阻电容元件，当调整 W1、W2 时，可使零点残余电动势减小。三、需用器件与单元：三、需用器件与单元：主机箱中的15V 直流稳压电源、音频振荡器；差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器。四、实验步骤：四、实验步骤：1、差动变压器、测微头及实验模板按图 116 示意安装、接线。实验模板中的 L1 为差动变压器的初级线圈，L2、L3 为次级线圈，号为同名端；L1的激励电压必须从主机箱中音频振荡器的 Lv 端子
14、引入。图 116 差动变压器性能实验安装、接线示意图2、差动变压器的性能实验：使用测微头时，当来回调节微分筒使测杆产生位移的过程中本身存在机械回程差， 为消除这种机械回差建议用 b 方法可以检测到差动变压器零点残余电压附近的死区范围。b、调节测微头的微分筒(0.01mm/每小格)，使微分筒的 0 刻度线对准轴套的 10mm 刻度8线。松开安装测微头的紧固螺钉，移动测微头的安装套使示波器第二通道显示的波形Vp-p(峰峰值)为较小值(越小越好，变压器铁芯大约处在中间位置)时，拧紧紧固螺钉，再顺时针方向转动测微头的微分筒 12 圈，记录此时的测微头读数和示波器 CH2 通道显示的波形Vp-p(峰峰值
15、)值为实验起点值。以后，反方向(逆时针方向) 调节测微头的微分筒，每隔X=0.2mm(可取 6070 点值)从示波器上读出输出电压 Vp-p 值， 填入表 11(这样单行程位移方向做实验可以消除测微头的机械回差)。3、根据表 11 数据画出 XVp-p 曲线并找出差动变压器的零点残余电压。实验完毕，关闭电源。表 11 差动变压器性能实验数据X(mm)Vp-p(mV)五、思考题：五、思考题：1、试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？2、用直流电压激励会损坏传感器。为什么？3、如何理解差动变压器的零点残余电压？用什么方法可以减小零点残余电压？实验十六实验十六电容式传感器的位移实验电容式传感器的位移实验一、实验目的：一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。二、基本原理：二、基本原理：1、原理简述：电容传感器是以各种类型的电容器为传感元件，将被测物理量转换成电容量的变化来实现测量的。 电容传感器的输出是电容的变化量。 利用电容 CAd 关系式通过相应的结构和测量电路可以选择、A、d 中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变 其 中 一 个参数，则可以有 测 干 燥 度（变） 、测位移（d 变）和测液位（A 变）等多种电容传感器。电容传感器极板形状分成平板、圆板形和圆柱(圆筒)
