1、實驗一金屬箔式應變片單臂電橋性能實驗一、實驗目的了解金屬箔式應變片的應變效應，單臂電橋工作原理和性能。二、實驗儀器雙桿式懸臂梁應變傳感器、托盤、砝碼、數顯電壓表、±5V電源、差動放大器、電壓放大器、萬用表（自備）三、實驗原理電阻絲在外力作用下發生機械變形時，其電阻值發生變化，這就是電阻應變效應，描述電阻應變效應的關系式為 （1-1）式中 為電阻絲電阻相對變化；為應變靈敏系數；為電阻絲長度相對變化。金屬箔式應變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應變敏感組件。如圖1-1所示，將四個金屬箔應變片（R1、R2、R3、R4）分別貼在雙桿式懸臂梁彈性體的上下兩側，彈性體受到壓力發生形變，應變片隨懸

2、臂梁形變被拉伸或被壓縮。圖1-1 雙桿式懸臂梁稱重傳感器結構圖通過這些應變片轉換懸臂梁被測部位受力狀態變化，可將應變片串聯或并聯組成電橋。電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化，如圖1-2所示R6=R7=R8=R為固定電阻，與應變片一起構成一個單臂電橋，其輸出電壓 （1-2）為電橋電源電壓；式1-2表明單臂電橋輸出為非線性，非線性誤差為L=。圖1-2 單臂電橋面板接線圖四、實驗內容與步驟1懸臂梁上的各應變片已分別接到調理電路面板左上方的R1、R2、R3、R4上，可用萬用表測量判別，R1=R2=R3=R4=350。2按圖1-2只接好“差動放大器”和“電壓放大器”部分，將“差動放大器”的輸入端短接并與

3、地相連，“電壓放大器”輸出端接數顯電壓表（選擇200mV檔），開啟直流電源開關。將“差動放大器”增益電位器與“電壓放大器”增益電位器調至最大位置（順時針最右邊），調節調零電位器使電壓表顯示為0V。關閉直流開關電源。（兩個增益調節的位置確定后不能改動）3按圖1-2接好所有連線，將應變式傳感器的其中一個應變電阻（如R1）接入電橋與R6、R7、R8構成一個單臂直流電橋。電橋輸出接到“差動放大器”的輸入端，電壓放大器的輸出接數顯電壓表。預熱五分鐘。4加托盤后調節Rw2使電壓表顯示為零（采用200mV檔）。5在應變傳感器托盤上放置一只砝碼，讀取數顯表數值，依次增加砝碼和讀取相應的數顯表值，直到200g砝

4、碼加完，記錄實驗數據填入表1-1。表1-1重量(g)電壓(mV)6實驗結束后，關閉實驗臺電源，整理好實驗設備。五、實驗報告1根據實驗所得數據計算系統靈敏度SU/W（U輸出電壓變化量，W重量變化量）；2計算單臂電橋的非線性誤差f1=m/yF.S ×100。式中m為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差；yF·S為滿量程（200g）輸出平均值。六、注意事項實驗所采用的彈性體為雙桿式懸臂梁稱重傳感器，量程較小。因此，加在傳感器上的壓力不應過大（稱重傳感器量程為0.5kg），以免造成應變傳感器的損壞！實驗二金屬箔式應變片半橋性能實驗一、實驗目的比較半橋與單臂電橋的不同性能

5、、了解其特點。二、實驗儀器同實驗一三、實驗原理不同受力方向的兩只應變片接入電橋作為鄰邊，如圖2-1。電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善，當兩只應變片的阻值相同、應變數也相同時，半橋的輸出電壓為 （2-1）式中 為電阻絲電阻相對變化；為應變靈敏系數；為電阻絲長度相對變化；為電橋電源電壓。式2-1表明，半橋輸出與應變片阻值變化率呈線性關系。圖2-1 半橋面板接線圖四、實驗內容與步驟1應變傳感器已安裝在懸臂梁上，可參考圖1-1。2按圖2-1接好“差動放大器”和“電壓放大器電路”?！安顒臃糯笃鳌闭{零，參考實驗一步驟2。3按圖2-1接線，將受力相反（一片受拉，一片受壓）的兩只應變片接入電橋的鄰邊。4加托

6、盤后電橋調零，參考實驗一步驟4。5在應變傳感器托盤上放置一只砝碼，讀取數顯表數值，依次增加砝碼和讀取相應的數顯表值，直到200g砝碼加完，記下實驗結果，填入表2-1。表2-1重量(g)電壓(mV)6實驗結束后，關閉實驗臺電源，整理好實驗設備。五、實驗報告根據所得實驗數據，計算靈敏度S=U/W和半橋的非線性誤差f2。六、思考題引起半橋測量時非線性誤差的原因是什么？七、注意事項實驗所采用的彈性體為雙桿式懸臂梁稱重傳感器，量程較小。因此，加在傳感器上的壓力不應過大（稱重傳感器量程為0.5kg），以免造成應變傳感器的損壞！實驗三金屬箔式應變片全橋性能實驗一、實驗目的了解全橋測量電路的優點。二、實驗儀器

7、同實驗一三、實驗原理全橋測量電路中，將受力性質相同的兩只應變片接到電橋的對邊，不同的接入鄰邊，如圖3-1，當應變片初始值相等，變化量也相等時，其橋路輸出Uo= （3-1）式中為電橋電源電壓。為電阻絲電阻相對變化；式3-1表明，全橋輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差得到進一步改善。圖3-1 全橋面板接線圖四、實驗內容與步驟1 應變傳感器已安裝在懸臂梁上，R1、R2、R3、R4均為應變片，可參考圖1-1。2 差動放大器調零，參考實驗一步驟2。3 按圖3-1接線，將受力相反（一片受拉，一片受壓）的兩對應變片分別接入電橋的鄰邊。4 加托盤后電橋調零，參考實驗一步驟4。 5 在應變傳感器托盤上放置

8、一只砝碼，讀取數顯表數值，依次增加砝碼和讀取相應的數顯表值，直到200g砝碼加完，記下實驗結果，填入下表。重量(g)電壓(mV)6 實驗結束后，關閉實驗臺電源，整理好實驗設備。五、實驗報告根據實驗數據，計算靈敏度S=U/W和全橋的非線性誤差f3。六、思考題全橋測量中，當兩組對邊（R1、R3為對邊）電阻值R相同時，即R1R3，R2R4，而R1R2時，是否可以組成全橋？七、注意事項實驗所采用的彈性體為雙桿式懸臂梁稱重傳感器，量程較小。因此，加在傳感器上的壓力不應過大（稱重傳感器量程為0.5kg），以免造成應變傳感器的損壞！實驗四直流全橋的應用電子稱實驗一、實驗目的了解直流全橋的應用及電路的定標。二

9、、實驗儀器同實驗一三、實驗原理電子稱實驗原理同實驗三的全橋測量原理，通過調節放大電路對電橋輸出電壓的放大倍數，使電路輸出電壓值為重量的對應值，電壓量綱（V）改為重量量綱（g）即成一臺比較原始的電子稱。四、實驗內容與步驟1 按實驗三的步驟1、2、3接好線并將“電壓放大器”調零。2 將10只砝碼置于傳感器的托盤上，調節“差動放大器”與“電壓放大器”的增益調節電位器，使數顯電壓表顯示為0.200V（2V檔測量）。3 拿掉托盤上所有砝碼，觀察數顯電壓表是否顯示為0.000V，若不為零，再次將“電壓放大器”調零和加托盤后電橋調零。4 重復2、3步驟，直到精確為止，把電壓量綱V改為重量量綱g即可以稱重。5

10、 將砝碼依次放到托盤上并讀取相應的數顯表值，直到200g砝碼加完，計下實驗結果，填入下表。6 拿掉砝碼，托盤上加一個未知的重物（不要超過0.5kg），記錄電壓表的讀數。根據實驗數據，求出重物的重量。重量(g)電壓(V)7 實驗結束后，關閉實驗臺電源，整理好實驗設備。五、實驗報告根據實驗記錄的數據，計算電子稱的靈敏度S=U/W，非線性誤差f4。六、注意事項實驗所采用的彈性體為雙桿式懸臂梁稱重傳感器，量程較小。因此，加在傳感器上的壓力不應過大（稱重傳感器量程為0.5kg），以免造成應變傳感器的損壞！實驗十五電容式傳感器的位移特性實驗一、實驗目的了解電容傳感器的結構及特點。二、實驗儀器電容傳感器、電

11、容變換器、測微頭、數顯直流電壓表、直流穩壓電源、絕緣護套三、實驗原理電容式傳感器是指能將被測物理量的變化轉換為電容量變化的一種傳感器它實質上是具有一個可變參數的電容器。利用平板電容器原理： （15-1）式中，S為極板面積，d為極板間距離，0為真空介電常數，r為介質相對介電常數，由此可以看出當被測物理量使S、d或r發生變化時，電容量C隨之發生改變，如果保持其中兩個參數不變而僅改變另一參數，就可以將該參數的變化單值地轉換為電容量的變化。所以電容傳感器可以分為三種類型：改變極間距離的變間隙式，改變極板面積的變面積式和改變介電常數的變介電常數式。這里采用變面積式，如圖15-1，兩只平板電容器共享一個下極板，當下極板隨被測物體移動時，兩只電容器上下極板的有效面積一只增大，一只減小，將三個極板用導線引出，形成差動電容輸出。通過處理電路將電容的變化轉換成電壓變化，進行測量。圖15-1電容傳感器內部結構示意圖四、實驗內容與步驟1 按圖15-2安裝好電容傳感器，并將電容傳感器引出線與“電容插座”相連接。圖15-2 電容傳感器安裝示意圖圖15-3 電容傳感器接線圖2 將底面板上“電容傳感器”與“電容變換器”相連，“電容變換器”的輸出接到數顯直流電壓表。（注：此處應選用三根相同長度的實驗導線）3 打開直流電源開