1、傳感器技術實驗指導書（水利與建筑工程學院電氣工程專業）陳春國編寫西北農林科技大學水利與建筑工程學院二 0 一四年十月目錄實驗一箔式應變片性能單臂電橋1實驗二箔式應變片三種橋路性能比較3實驗三半導體應變計直流半橋測試系統5實驗四箔式應變片組成的交流全橋6實驗五差動變壓器性能81實驗一箔式應變片性能單臂電橋一 . 實驗目的 ：1. 觀察了解箔式應變片的結構及粘貼方式。2. 測試應變梁變形的應變輸出。3. 比較各橋路間的輸出關系。二 . 實驗原理 ：通過本實驗進一步了解箔式應變片及單臂電橋的原理和工作情況。應變片是最常用的測力傳感元件，當用應變片測試時，應變片要牢固地粘貼在測試體的表面。當測件受力產

2、生形變，應變片的敏感柵隨同變形， 其電阻值也隨同發生相應的變化。通過測量電路就可以轉換為對應的電信號輸出，并顯示測量數據。電橋電路是最常用的非電量電測電路中的一種，當電橋平衡時，橋路對角臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，這就是未受力時的零點。在四個橋臂上的電阻分別為R1、R2、R3、R 4 中，電阻的相對變化率分別為R 1R1、 R2 R2、R 3 R 3 、 R 4 R 4 ，當使用一個應變片時，RR ；當兩個應變片組成差動狀態工作時，則有R 2 R R ；若用四個應變片組成二個差動對工作，且 R1 R2R3 R4R ,R 4 R R 。通過上述可以看出單臂電路，半橋電路，全橋電路的靈敏度依次增

3、大。三 .實驗設備：直流穩壓電源（± 4V檔）、電橋電路、差動放大器、箔式應變片、測微頭（或雙孔懸臂梁、稱重砝碼）、電壓表及連接線等。實驗步驟 ：1. 調零：開啟儀器電源，差動放大器增益置于 100 倍（順時針方向旋到底） ，“ +、 - ”輸入端用實驗線對地短路。輸出端接數字電壓表，然后用“調零”電位器調整差動放大器輸出電壓為零值即可。調零后電位器位置不能變化，不許再動該電位器，然后拔掉實驗線。如需要使用毫伏表，則應將毫伏表輸入端對地短路，調整“調零”電位器，使指針居“零”位。拔掉短路線，指針有偏轉是有源指針式電壓表輸入端懸空時的正常現象。不要在進行調零。調2零后關閉儀器電源。2.

4、按圖 1 電路將實驗部件用實驗線連接成測試橋路。橋路中R1、 R2 、 R3 和 WD為電橋中的固定電阻和直流調平衡電位器，R 為應變片（可任選上、下梁中的一片作為工作片）。直流激勵電源電壓為± 4V，測微頭裝于懸臂梁前端的永久磁鋼上，適當調節使應變梁處于基本水平狀態。3.確認接線無誤后再開啟儀器電源，并應使儀器預熱3 5分鐘后，才能進行實驗。接好線后，請實驗指導老師對接線進行檢查，以免損壞儀器設備。調整W D 電位器，使測試系統輸出為零。4. 旋轉測微頭，帶動懸臂梁分別做向上運動；向下運動，以水平狀態下輸出為零。向上或向5.下運動各5mm ，測微頭每移動0.5mm 記錄一個差動放大

5、器輸出電壓值，并列入表中。（或在雙孔懸臂梁稱重平臺上依次放上砝碼，進行上述實驗）。位移mm電壓V根據表中所測數據計算靈敏讀S ， SXV ，并在坐標圖上作出V X 關系曲線。五、注意事項：6.進行實驗前應檢查實驗接插線是否完好，連接電路時應盡量使用較短的插接線，以免引入干擾。7. 接插線插入插孔時應輕輕地做一小角度旋轉， 以保證接觸良好， 拔出時也輕輕地旋轉一下拔出，切忌用力拉扯接插線的尾部，以免造成導線斷裂。8. 不允許將穩壓電源對地短路，以免損壞電源。3實驗二箔式應變片三種橋路性能比較一.實驗目的：通過本實驗進一步了解三種橋式測量電路的性能，各種橋路的工作原理及其電壓靈敏度的大小。二 .

6、實驗原理 ：已知單臂橋路、半橋電路、全橋電路如圖所示，單臂橋路的RR R ，半橋電路的R2 R R ，全橋電路的R4R R 。根據戴維南定理可以得出測試電橋的輸出電壓近似等于1 4 ER ，電橋的靈敏度為K uVR R ，于是對應于單臂橋路、半橋、全橋的電壓靈敏度分別為 E 4 、 E 2 、E 。由此可知，當E 和電阻相對變化率一定時，電橋電壓靈敏度與各橋臂阻值大小無關。4三 .實驗設備 ：直流穩壓電源 （± 4V 檔）、電橋、差動放大器、 箔式應變片、 測微頭 （或雙孔懸臂梁、稱重砝碼）、電壓表。四.實驗步驟：1.在完成實驗一的基礎上，不變動差動放大器的增益和調零電位器，依次按圖

7、1、圖 2、圖 3 的接線，將電橋固定電阻換成箔式應變片，組成半橋和全橋測試系統。2. 重復實驗一的 3 4 步驟，測出半橋和全橋的輸出電壓值與位移值記入表中，計算靈敏度。3. 在同一坐標上繪出三種橋路的V X 曲線，比較三種橋路的電壓靈敏度，并做出定性的結論，五 . 注意事項 ：1. 應變片接入電路時注意其受力方向，一定要接成差動形式。2. 直流激勵電源電壓不能過大，以免造成應變片自熱損壞。3.由于進行位移測量時測微頭要從零正向的最大值調，再從零負向最大值調試，因此容易造成零點漂移，因此計算靈敏度時，可將正X 的靈敏度與負的X 的靈敏度分開計算，再求平均值。5實驗三半導體應變計直流半橋測試系

8、統一、實驗目的通過實際運用的半導體半橋電路，與半導體單臂電路進行性能比較。二、實驗所需部件直流穩壓電源、電橋、差動放大器、半導體應變計、測微頭、電壓表、溫度計（可用儀器中的PN 結溫度傳感器或熱電偶作測溫參考）、加熱器。三、實驗步驟1、按圖（ 1）接線，電橋中 R 和 R 為半導體應變計。開啟電源后預熱數分鐘。2、按單臂電橋實驗步驟調整懸臂梁位置，調整系統輸出，用測微頭進行位移，記錄V 、X 數據，作出 V X 曲線，求出靈敏度，測出溫度變化時的溫漂。+2VRR差放RVW DRR-2V圖（ 1）四、注意事項此實驗中直流激勵電壓只能用2V ，以免引起半導體自熱。6實驗四箔式應變片組成的交流全橋一

9、、實驗目的本實驗說明交流激勵的四臂應變電橋的原理及工作情況。二、實驗原理0o 5HKZ移相 1LV 5KHZ 2RRA差放電壓表WWD低通VR相敏R檢波器圖（ 1）圖（ 1）是交流全橋的一般形式。當電橋平衡時，Z 1Z4=Z2Z 3，電橋輸出為零。若橋臂阻抗相對相對變化為 Z1/Z 1、 Z2/Z 2、 Z3/Z 3、 Z4/Z 4，則電橋的輸出與橋臂阻抗的相對變化交流電橋工作時增大相角差可以提高靈敏度，傳感器最好是純電阻性或純電抗性的。交流電橋只有在滿足輸出電壓的實部和需部均為零的條件下才會平衡。三、實驗所需部件電橋、音頻振蕩器、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、測微儀、示

10、波器。四、實驗步驟1、調節測微頭使梁處于水平位置，調節電橋直流調平衡電位器W D，使系統輸出基本為零。仔細調節交流調平衡電位器WA ，使系統輸出為零。2、用示波器觀察各環節波形，測量讀數，列表填入V、 X 值，作出V X 曲線，求出靈敏度。位移mm電壓mv五、注意事項1、欲提高交流全橋的靈敏度，可用示波器觀察相敏檢波器輸出端波形，若相敏檢波器輸出端波形脈動成份較大， 則系統雖然可以調零，但靈敏度較低，提高靈敏度的方法是當系統初步調零后，再調節電橋中的W D 電位器，使相敏檢波器輸出波形盡量平直，然后用手將懸臂梁壓到最低，調節“移相”旋紐，使相敏輸出端波形為相連接的整流波形。再放手恢復梁的自然位

11、置，調節“ W D”，之系統輸出為零，這樣系統靈敏度會最高。2、做交流全橋實驗時用指針式毫伏表可以比較直觀的看出應變梁在正、反向受力時系統輸出電壓。7實驗五差動變壓器性能一、實驗目的了解差動變壓器的基本結構及原理，通過實驗驗證差動變壓器的基本特性。二、實驗原理差動變壓器由銜鐵、初級線圈、 次級線圈和線圈骨架等組成。初級線圈做為差動變壓器激勵用，相當于變壓器的原邊，次級線圈由兩個結構尺寸和參數相同的線圈反相串接而成，相當于變壓器的副邊。差動變壓器是開磁路，工作是建立在互感基礎上的。其原理及輸出特性見圖（1）。R2M aL 0R1L KL0R3M b圖（ 1）L V4KHZ·第二通道示波器第一通道·圖（ 2）三、實驗所需部件差動變壓器、音頻振蕩器、測微儀、示波器。四、實驗步驟1、按圖（ 2）接線，差動變壓器初級線圈必須從音頻振蕩器LV 端功率輸出，雙線示波器第一通道靈敏度 500mv/ 格，第二通道10 mv/ 格。2、音頻振蕩器輸出頻率4KHZ ，輸出值VP-P=2V 。3、用手提壓變壓器磁芯，觀察示波器第二通道波形是否能過零翻轉，如不能則改變兩個次級線圈的串接端。4、