1实验一 电阻式传感器的单臂电桥性能实验一、实验目的1、了解电阻应变式传感器的基本结构与使用方法 2、掌握电阻应变式传感器放大电路的调试方法 3、掌握单臂电桥电路的工作原理和性能二、实验所用单元电阻应变式传感器、电阻与霍尔式传感器转换电路板（调零电桥） 、差 动放大器、直流稳压电源、数字电压表、位移台架三、实验原理及电路1、电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其阻值发生变化，这就是电 阻应变效应，其关系为：ΔR/ R＝Kε，ΔR 为电阻丝变化值，K 为应变灵 敏系数，ε 为电阻丝长度的相对变化量 ΔL/ L通过测量电路将电阻变化 转换为电流或电压输出2、电阻应变式传感如图 1-1 所示传感器的主要部分是上、下两个悬 臂梁，四个电阻应变片贴在梁的根部，可组成单臂、半桥与全桥电路，最 大测量范围为±3mm1342+5VRRR5R1─外壳 2─电阻应变片 3─测杆 4─等截面悬臂梁 5─面板接线图图 1-1 电阻应变式传感器23、电阻应变式传感的单臂电桥电路如图 1-2 所示，图中 R1、R2、R3为 固定，R 为电阻应变片，输出电压 UO＝EKε，E 为电桥转换系数5VR2rR1RR1R2R4RP2OP07R3R4RP1R5+15V-15V调零电桥电 阻 传感器差动放大器4321876RPR3VADBCE图 1-2 电阻式传感器单臂电桥实验电路图四、实验步骤1、固定好位移台架，将电阻应变式传感器置于位移台架上，调节测微 器使其指示 15mm 左右。
将测微器装入位移台架上部的开口处，将测微器测 杆使其与电阻应变式传感器的测杆磁钢吸合，然后调节两个滚花螺母使电 阻式应变传感器上的两个悬梁处于水平状态，两个滚花螺母固定在开口处 上下两侧2、将实验箱（实验台内部已连接）面板上的±15V 和地端，用导线接 到差动放大器上；将放大器放大倍数电位器 RP1旋钮（实验台为增益旋钮） 顺时针旋到终端位置3、用导线将差动放大器的正负输入端短接，再将其输出端接到数字电 压表的输入端；电压量程切换开关拨至 20V 档；接通电源开关，旋动放大 器的调零电位器 RP2旋钮，使电压表指示向零趋近，然后切换到 2V 量程档， 旋动调零电位器 RP2旋钮使电压表指示为零；此后调零电位器 RP2旋钮不再 调节，根据实验适当调节增益电位器 RP14、按图 1-2 接线，R1、R2、R3（电阻传感器部分固定电阻）与一个的 应变片构成单臂电桥形式35、调节平衡电位器 RP，使数字电压表指示接近零，然后旋动测微器使 电压表指示为零，此时测微器的读数视为系统零位分别上旋和下旋测微 器，每次 0.4mm，上下各 2mm，将位移量 X 和对应的输出电压值 UO记入下表 中 表 1-1X(mm)0UO(mV)0五、实验报告1、根据表 1-1 中的实验数据，画出输入/输出特性曲线，并)X( fUO且计算灵敏度和非线性误差。
2、传感器的输入电压能否从＋5V 提高到＋10V？输入电压的大小取决 于什么？3、分析电桥测量电阻式传感器特性时存在非线性误差的原因实验二 电阻式传感器的半桥性能实验一、实验目的掌握半桥电路的工作原理和性能二、实验所用单元同实验一三、实验原理及电路将两个受力方向不同的应变片电阻分别接入电桥的两个相邻桥臂，组 成半桥形式的测量电路，转换电路的输出灵敏度提高，非线性得到改善实验电路图见图 2-1，当两个应变片的阻值和应变量相同时，半桥输出 电压 UO＝2EKε四、实验步骤41、按实验一的实验步骤 1 至 3 进行操作2、按图 2-1 接线，将两个受力方向相反的应变片接入电桥中5VrRR1R2R4RP2OP07R3R4RP1R5+15V-15V调零电桥电 阻 传感器差动放大器4321876RPRVR1R2ABC图 2-1 电阻式传感器半桥实验电路3、调节电桥平衡电位器 RP，使数字电压表指示接近零，然后旋动测微 器使表头指示为零，此时测微器的读数视为系统零位分别上旋和下旋测 微器，每次 0.4mm，上下各 2mm，将位移量 X 和对应的输出电压值 UO记入下 表中 表 2-1X(mm)0UO(mV)0五、实验报告1、根据表 2-1 的实验数据，画出输入/输出特性曲线，并且)X( fUO计算灵敏度和非线性误差。
2、进行半桥测量时，接入的两个应变片电阻的受力方向为什么必须相 反？5实验三 电阻式传感器的全桥性能实验一、实验目的掌握全桥电路的工作原理和性能二、实验所用单元同实验一三、实验原理及电路将四个应变片电阻分别接入电桥的四个桥臂，两相邻的应变片电阻的 受力方向不同，组成全桥形式的测量电路，转换电路的输出灵敏度进一步 提高，非线性得到改善实验电路图见图 3-1，全桥的输出电压 UO＝4EKε四、实验步骤1、按实验一的实验步骤 1 至 3 进行操作2、按图 3-1 接线，将四个应变片接入电桥中，注意相邻桥臂的应变片 电阻受力方向必须相反5VRrRRR1R2R4RP2OP07R3R4RP1R5+15V-15V调零电桥电 阻 传感器差动放大器4321876RPRV图 3-1 电阻式传感器全桥实验电路3、调节电桥平衡电位器 RP，使数字电压表指示接近零，然后旋动测微6器使表头指示为零，此时测微器的读数视为系统零位分别上旋和下旋测 微器，每次 0.4mm，上下各 2mm，将位移量 X 和对应的输出电压值 UO记入下 表中 表 3-1X(mm)0UO(mV)0五、实验报告1、根据表 3-1，画出输入/输出特性曲线，并且计算灵敏度)X( fUO和非线性误差。
2、全桥测量时，四个应变片电阻是否必须全部一样？实验四 电阻式传感器的单臂、半桥、全桥性能比较实验一、实验目的比较半桥、全桥形式输出时的灵敏度和非线性度二、实验所用单元同实验一三、实验报告1、按实验一、实验二、实验三所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏 度和非线性误差，从理论上进行分析比较，注意实验一、实验二和实验三 中的放大器增益必须相同72、若要提高系统的灵敏度，除了采用不同的桥路形式外，还能采用什 么措施？8实验五 电阻式传感器的振动实验 一、实验目的了解电阻应变式传感器的动态特性二、实验所用单元电阻应变式传感器、调零电桥、差动放大器、低通滤波器、连桥板、 连接杆（螺丝） 、直流稳压电源、低频振荡器、振动台、示波器三、实验原理及电路将电阻式传感器与振动台相连，在振动台的带动下，可以观察电阻式 传感器动态特性，电路图如图 5-15VRrRR调零电桥电 阻 传感器RPR示波器图 5-1 电阻式传感器振动实验电路图四、实验步骤1、固定好振动台，将电阻应变式传感器置于振动台边的桌面上，将振 动连接杆与电阻应变式传感器测杆上的磁钢吸合2、按照图 5-1 接线，将四个应变片接入电桥中，组成全桥形式，并将 桥路输出与示波器探头相连，低频振荡器输出接振动台小板上的振荡线圈。
3、接通电源，调节低频振荡器的振幅与频率以及示波器的量程，观察9输出波形10实验六 电阻式传感器的电子秤实验 *一、实验目的1、进一步掌握电阻应变式传感器的特性 2、了解电阻应变式传感器在称重仪器中的应用二、实验所用单元电阻应变式传感器、调零电桥、差动放大器板、直流稳压电源、数字 电压表、振动台、砝码三、实验原理及电路由于电阻式传感器的输出与位移成正比，利用弹性材料的特性，可以 使电阻式传感器输出与质量成线性关系，由此可以进行质量的测量在本 实验中可以利用振动台的振动梁作为弹性部件四、实验步骤1、根据实验一至实验五的实验内容设计电子秤实验的实验装置2、调节差动放大器的零点与增益，调节该电子秤实验装置的零点与量 程，注意确定量程时不要超出电阻式传感器的线性范围，并使砝码质量与 输出电压在数值上有直观的联系3、根据所确定量程，逐次增加砝码的质量，将质量与输出电压记入下 表 表 6-1M(g)0UO(mV)0三、实验报告1、根据表 6-1 中的实验数据，计算该电子秤装置的精度2、若要增加电子秤装置的量程，可以采取哪些措施？11实验七 变面积式电容传感器特性实验一、实验目的1、了解变面积式电容传感器的基本结构。
2、掌握变面积式电容及二极管环形电桥的工作原理 3、掌握变面积式电容传感器的调试方法二、实验所用单元电容式传感器、电容式传感器转换电路板、差动放大器板、直流稳压 电源、数字电压表、位移台架三、实验原理及电路1、实验电路框图如图 7-1 所示电容的变化通过电容转换电路转换成 电压信号，经过差动放大器放大后，用数字电压表显示出来差 动 放大器电容转 换电路数 字 电压表C0Cx2Cx1图 7-1 电容式传感器实验电路框图2、图 7-1 中的电容转换电路图如图 7-2 所示图中的信号发生器用于 产生方波信号电容转换由二极管环形电桥完成，二极管环电桥工作原理 如图 7-3 所示固定频率的方波脉冲由 A 点输入，在方波的上升沿，C0被充电，充电 途径是 VD3→C0；与此同时，Cx1也被充电，其充电途径是 C9→VD5→Cx1在 方波的下降沿，C0和 Cx1都放电，C0的放电途径是 C0→VD4→C9；Cx1的放电 途径是 Cx1→VD6由于 C9在一个周期内的充电和放电平均电流分别为： IU＝fVPCx1和 ID＝fVPC0，式中 f 是脉冲频率，VP为方波峰值电压，因此 AB 间的平均电流 I＝ID－IU＝fVP(C0-Cx1)。
从该式中可以看出电容的变化与 AB 间的电路成正比在图 7-2 中，增加了 L1、L2、C10和 R6L1和 L2对高频方波的阻抗很大，12而直流电阻很小，与 R6一起形成了 A、B 间的直流通路，使充放电流的直流 分量得以通过C10用作滤波这样在 R6两端就有与电容变化量成正比的直 流电压输出信 号 发 生 器+15V-15VC0Cx1Cx2+5VVD3VD4VD5VD6C9L1L2C10R6OUT二极管环 形电桥图 7-2 电容转换电路原理图C0Cx1VD3VD4VD5VD6C9AB图 7-3 二极管环形电桥原理图四、实验步骤1、固定好位移台架，将电容式传感器置于位移台架上，调节测微器使 其指示 15mm 左右将测微器装入位移台架上部的开口处，再将测微器测杆 与电容式传感器动极旋紧然后调节两个滚花螺母，使电容式传感器的动 极上表面与静极上表面基本平齐，且静极能上下轻松滑动，这时将两个滚 花螺母旋紧2、差动放大器调零（参见实验一） 3、按图 7-2 接线，将可变电容 Cx1与固定电容 C0接到实验板上，位移 台架的接地孔与转换电路板的地线相连134、接通电源，调节测微器使输出电压 UO接近零，然后上移或下移测微 器 1mm，调节差动放大器增益，使输出电压的值为 200～400mV 左右，再回 调测微器，使输出电压为 0mV，并以此为系统零位，分别上旋和下旋测微器， 每次 0.5mm，上下各 2.5mm，将位移量 X 与对应的输出电压 UO记入下表中。
表 7-1X(mm)0UO(mV)0五、实验报告1、根据表 7-1，画出输入/输出特性曲线，并且计算灵敏度)X( fUO和非线性误差2、本实验的灵敏度和线性度取决于哪些因素？实验八 差动式电容传感器特性实验一、实验目的1、了解差动式电容传感器的基本结构 2、掌握差动式电容传感器的调试方法二、实验所用单元电容式传感器、电容式传感器转换电路板、差动放大器板、直流稳压 电源、数字电压表、位移台架三、实验原理及电路实验电路框图如图 8-1 所示与实验七不同之处在于接入电容转换电 路的两个电容都为可变电容，当电容传感器的动极移动时，两个电容的电 容量都发生变化，但变化方向相反，这样就构成差动式的电容传感器差 动 放大器电容转 换电路数 字 电压表C0Cx2Cx1图 8-1 电容式传感器实验电路框图14四、实验步骤按照实验七的步骤进行实验，注意接入电路板的两个电容为 Cx1和 Cx2将实验结果记入下表中。