会计学应变电桥应变片单元电路一差动放大器单元电路二电源面板差动电容模型传感器技术系列实验上海理工大学光电学院2008年1月目录实验一箔式应变片测量技术实验二半导体应变片性能及应用实验三移相器和相敏检波器实验实验四交流全桥电路及应用实验五差动变压器测量及应用实验六差动螺管式电感传感器及应用实验七温度传感器实验实验八光纤传感器实验实验九霍尔式传感器实验实验十电涡流传感器性能实验实验十一压电加速式传感器实验实验十二电容式传感器特性实验十三力平衡式传感器实验实验十四微机检测与转换——数据采集处理实验一箔式应变片测量技术-------------------------------------------------------------------一、实验目的二、实验原理三、实验部件及仪器四、实验步骤五、注意事项六、实验报告要求一、实验目的：1.观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式；2.测试应变梁变形的应变输出；3.比较箔式应变片分别接成单臂直流电桥、半桥、全桥时电桥的输出关系；4.说明温度变化对应变测试系统的影响；5.在实用测试电路中对由于温度变化引入的测量误差进行温度补偿。二、实验原理：1.应变片是常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变时，应变片的敏感栅随同形变，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。2.电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种。当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零。在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻相对变化率分别为ΔR1/R1、ΔR2/R2、ΔR3/R3、ΔR4/R4，当使用一个应变片时，ΣR=ΔR/R；当二个应变片组成差动状态工作，则有ΣR=2ΔR/R；当用四个应变片组成二个差动对工作，且R1=R2=R3=R4=R时，ΣR=4ΔR/R。由此可见，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依此增大。根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4·E·ΣR，电桥灵敏度Ku=V/ΔR/R，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为1/4E、1/2E和E。由此可见，当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。二、实验原理：3.温度变化引起应变片阻值发生变化的原因是应变片电阻丝的温度系数及电阻丝与测试中的膨胀系数不同。由此引起测试系统输出电压发生变化。4.用补偿片法是应变电桥温度补偿方法中的一种，如附图（2）所示。在图示电桥中，R1为工作片，R2为补偿片，R1=R2。当温度变化时两应变片的电阻变化ΔR1与ΔR2符号相同，数量相等，桥路如原来是平衡的，则温度变化后R1R4=R2R3，电桥仍满足平衡条件，无漂移电压输出，由于补偿片所贴位置与工作片成90°，所以只感受温度变化，而不感受悬臂梁的应变。三、实验部件及仪器：直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、电压表、加热器、半导体点温计、温度补偿片。四、实验步骤：1.调零。开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“+、-”输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要变化。如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居“零”位。拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。调零后关闭仪器电源。2.按图（1）将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R1、R2、R3和WD为桥路中的固定电阻和直流调平衡电位器，R为应变片（可任选上、下梁中的一片工作）。直流激励电源为±4伏。测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。四、实验步骤：3.确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。调整电桥WD电位器，使测试系统输出为零。4.旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以水平状态下输出电压为零，向上和向下移动各5mm，测微头每移动记录一个差动放大器输出电压值，并列表。根据表中所测数据计算灵敏度S，S=ΔX/ΔV，并在坐标图上做出V-X关系曲线。5.调整系统输出为零，记录加热前测试系统感受的温度，点温计可插入二片应变梁之间的加热器当中。6.开启“加热”电源，观察测试系统输出电压随温度计升高而发生的变化。待电压读数基本稳定后记下电压值，并求出温度漂移值ΔV/ΔT。四、实验步骤：7.按图（3）接好线路，图中R′和R″分别为箔式工作片和补偿片，重复5-6步骤，求出接入补偿片后系统的温度漂移，并与实验步骤6的结果进行比较。8.在完成实验步骤4的基础上，不变动差动放大器增益和调零电位器，依次将图（1）中电桥固