实验报告。2011～2012学年第1学期。
电子与信息实验教学中心。
2023年9月。
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。
本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情况。应变片是最常用的测力传感元。
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： δr／r＝kε
式中δr／r为电阻丝电阻相对变化，k为应变灵敏系数，ε=l/l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受力状态的变化。
电桥电路是最常用的非电量测量电路中的一种，当电桥平衡时，电桥的作用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情况。单臂电桥输出电压 uo1= ekε/4。
三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器－电子秤、砝码、数显表、±15v电源、±4v电源、万用表（自备）。
四、实验步骤：
1、 根据图（1－1）应变式传感器（电子秤）已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的r1、r2、r3、r4。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，r1＝r2＝r3＝r4＝350ω，加热丝阻值为50ω左右。
图1－1 应变式传感器安装示意图。
2、 接入模板电源±15v（从主控台引入），检查无误后，合上主控台电源开关，将实验模板调节增益电位器rw3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正负输入端与地短接，输出端与主控台面板上数显表输入端vi相连，调节实验模板上调零电位器rw4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2v档）。关闭主控箱电源（注意：当rw3、rw4的位置一旦确定，就不能改变。
一直到做完实验三为止）。
3、 将应变式传感器的其中一个电阻应变片r1（即模板左上方的r1）接入电桥作为一个桥臂与r5、r6、r7接成直流电桥（r5、r6、r7模块内已接好），接好电桥调零电位器rw1，接上桥路电源±4v（从主控台引入）如图1－2所示。检查接线无误后，合上主控台电源开关。调节rw1，使数显表显示为零。
图1－2应变式传感器单臂电桥实验接线图。
4、 在电子称上放置一只砝码，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。记下实验结果填入表1－1，关闭电源。
5、 根据表1－1计算系统灵敏度s＝δu/δw（δu输出电压变化量，δw重量变化量）和非线性误差δf1=δm/yf..s ×100％式中δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yf·s满量程输出平均值，此处为200g（或500g）。
五、思考题：
单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。
一、实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。
二、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uo2＝ekε／2。
三、 需用器件与单元：同实验一。
四、 实验步骤：
1、 传感器安装同实验一。做实验（一）的步骤2，实验模板差动放大器调零。
2、 根据图1－3接线。r1、r2为实验模板左上方的应变片，注意r2应和r1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。接入桥路电源±4v，调节电桥调零电位器rw1进行桥路调零，实验步骤同实验一中的步骤，将实验数据记入表1－2，计算灵敏度s2＝u／w，非线性误差δf2。
若实验时无数值显示说明r2与r1为相同受力状态应变片，应更换另一个应变片。
图1－3应变式传感器半桥实验接线图。
表1－2半桥测量时，输出电压与加负载重量值。
五、 思考题：
1、 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。
2、 桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：（1）电桥测量原理上存在非线性（2）应变片应变效应是非线性的（3）调零值不是真正为零。
一、实验目的：了解全桥测量电路的优点。
二、基本原理：全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：r1＝r2＝r3＝r4，其变化值δr1＝δr2＝δr3＝δr4时，其桥路输出电压u03＝keε。
其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。
三、需用器件和单元：同实验一。
四、实验步骤：
1、 传感器安装同实验一。
2、 根据图1－4接线，实验方法与实验二相同。将实验结果填入表1－3；进行灵敏度和非线性误差计算。
1－4全桥性能实验接线图。
表1－3全桥输出电压与加负载重量值。
五、思考题：
1、 全桥测量中，当两组对边（r1、r3为对边）电阻值r相同时，即r1＝r3，r2＝r4，而r1≠r2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。
2、 某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。
图1－5应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图。
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、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。阐述理由（注意：实验。
一、二、三中的放大器增益必须相同）。
一、实验目的：了解应变直流全桥的应用及电路的标定。
二、基本原理：电子秤实验原理为实验三，全桥测量原理，通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲（v）改为重量纲（g）即成为一台原始电子秤。
三、 需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码。
四、实验步骤：
1、 按实验一中2的步骤，将差动放大器调零，按图1－4全桥接线，合上主控台电源开关，调节电桥平衡电位rw1，使数显表显示0.00v。
2、 将10只砝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)或－0.200v。
3、 拿去托盘上的所有砝码，调节电位器r w4（零位调节）使数显表显示为0.0000v。
4、 重复步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲v改为重量纲g，就可以称重。成为一台原始的电子秤。
5、 把砝码依次放在托盘上，填入下表1－4。
6、 根据上表，计算误差与非线性误差。
一、 实验目的。
了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。
二、 基本原理。
扩散硅压阻式压力传感器是在单晶硅的基片上扩散出p型或n型电阻条，接成电桥。根据半导体的压阻效应，在压力作用下基片产生应变，电阻条的电阻率发生变化，引起电阻值的变化，我们把这一变化引入测量电路，则其输出电压的变化就反映了所受到的压力变化的情况。
三、 需用器件与单元。
压力源（已在主控箱）、压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、流量计、三通连接导管、数显单元、直流稳压源±4v、±15v。
四、 实验步骤。
1、 根据图2－1连接管路和电路，主控箱内的气源部分、压缩泵、贮气箱、流量计在已接好。将标准压力表放置在传感器支架上，三通连接管中的硬管一端插入主控板上的气源快速插座中（注意管子拉出时请用双指按住气源插座边缘往内压，则可轻松拉出）。其余两根黑色软导管分别与标准表和压力传感器接通。
这里选用的差压传感器两只气嘴中，一只为高压嘴，另一只为低压嘴。当高压嘴接入正压力时，输出为正，反之为负。若输出负时可调换气嘴。
本实验模板连接见图2－2，压力传感器有4端： 1端线接地线，2端为u0＋，3端接＋4v电源，4端为uo端顺序排列见图2－2。
图2－1 压阻式压力传感器测量系统。
图2－2压力传感器压力实验接线图。
2、 实验模板上rw2用于调节零位，rw1可调节放大倍数，按图2－2接线，模板的放大器输出vo2引到主控箱数显表的vi插座上。将显示选择开关拨到2v档，反复调节rw2（rw1旋到满度的确1／3）使数显表显示为零。
3、 先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮，开通流量计。
4、 合上主控箱上的气源开关k3，启动压缩泵，此时可看到流量计中的滚珠浮子在向上浮起悬于玻璃管中。
5、 逐步关小流量计旋钮，使标准压力表指示某一刻度，观察数显表显示电压的正、负，若为负值则对调传感器气嘴接法。
6、 仔细地逐步由小到大调节流量计旋钮，使压力显示在4－14kp之间每上升1kp分别读取压力表读数，记下相应的数显表值列于表（2－1）
表（2－1）压力传感器输出电压与输入压力值。
7、 计算本系统的灵敏度和非线性误差。
8、 如果本实验装置要成为一个压力计，则必须对电路进行标定，方法如下：输入4kpa气压，调节rw2（低限调节），使数显表显示0.400v，当输入12kpa气压，调节rw1（高限调节）使数显表显示1.
200v。这个过程反复调节直到足够的精度即可。
五、 思考题：
如何利用本系统进行真空度测量？
一、 实验目的：了解差动变压器的工作原理和特性。
二、 基本原理：差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动输出。
其输出电势反映出被测体的移动量。
三、 需用器件与单元：差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器、差动变压器、音频信号源、直流电源（音频振荡器）、万用表。
四、 实验步骤：
1、 根据图3－1，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。
传感器实验报告
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