測(cè)試技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書要點(diǎn)

1、測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書武漢輕工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二O七年九月目 錄實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求CSY-10B專感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀介紹實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)一應(yīng)變片單臂特性實(shí)驗(yàn) 12實(shí)驗(yàn)二應(yīng)變片半橋特性實(shí)驗(yàn) 20實(shí)驗(yàn)三應(yīng)變片全橋特性實(shí)驗(yàn) 21實(shí)驗(yàn)四應(yīng)變片單臂、半橋、全橋特性比較實(shí)驗(yàn) 22實(shí)驗(yàn)五應(yīng)變片的溫度影響實(shí)驗(yàn) 23實(shí)驗(yàn)六應(yīng)變片溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn) 24實(shí)驗(yàn)七應(yīng)變直流全橋的應(yīng)用一電子秤實(shí)驗(yàn) 25實(shí)驗(yàn)八移相器、相敏檢波器實(shí)驗(yàn) 27實(shí)驗(yàn)九應(yīng)變片交流全橋的應(yīng)用（應(yīng)變儀）一振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn) 31實(shí)驗(yàn)十壓阻式壓力傳感器的壓力測(cè)量實(shí)驗(yàn) 33實(shí)驗(yàn)一電容式傳感器的位移實(shí)驗(yàn) 35實(shí)驗(yàn)十二差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn) 38實(shí)驗(yàn)十三激勵(lì)頻率對(duì)差動(dòng)變壓器特性的影響實(shí)驗(yàn) 4

2、2實(shí)驗(yàn)十四差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償實(shí)驗(yàn) 43實(shí)驗(yàn)十五差動(dòng)變壓器測(cè)位移實(shí)驗(yàn) 44實(shí)驗(yàn)十六差動(dòng)變壓器振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn) 46實(shí)驗(yàn)十七電渦流傳感器位移特性實(shí)驗(yàn) 47實(shí)驗(yàn)十八被測(cè)體材質(zhì)對(duì)電渦流傳感器特性影響實(shí)驗(yàn) 51實(shí)驗(yàn)十九電渦流傳感器測(cè)振動(dòng)實(shí)驗(yàn) 52實(shí)驗(yàn)二十壓電式傳感器測(cè)振動(dòng)實(shí)驗(yàn) 53實(shí)驗(yàn)二十一熱電偶的原理及現(xiàn)象實(shí)驗(yàn) 57實(shí)驗(yàn)二十二NTC熱敏電阻溫度特性實(shí)驗(yàn) 59實(shí)驗(yàn)二十三PN結(jié)溫度傳感器溫度特性實(shí)驗(yàn) 62實(shí)驗(yàn)二十四線性霍爾式傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)65實(shí)驗(yàn)二十五磁電式傳感器特性實(shí)驗(yàn) 68實(shí)驗(yàn)二十六光電傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn) 70實(shí)驗(yàn)二十七光纖位移傳感器測(cè)位移特性實(shí)驗(yàn) 71實(shí)驗(yàn)二十八氣敏傳感器實(shí)驗(yàn) 74實(shí)驗(yàn)二十九濕

3、敏傳感器實(shí)驗(yàn) 75實(shí)驗(yàn)三十?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一靜態(tài)采集舉例 77實(shí)驗(yàn)三十一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一動(dòng)態(tài)采集舉例 79102實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容上分三大模塊:1. 物理量測(cè)試實(shí)驗(yàn)（位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)、轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)等） 實(shí)驗(yàn)課堂學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)：有多種選擇如：位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)；可選實(shí)驗(yàn)十、十七、十八、二十四、二十七 轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)：可選實(shí)驗(yàn)二十六2傳感器及其測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)課堂學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)。：應(yīng)變片及其測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)：可選實(shí)驗(yàn)一至實(shí)驗(yàn)七。3.振動(dòng)測(cè)試及信號(hào)采集與分析實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)課堂學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)。有如下選擇：計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)：可選實(shí)驗(yàn)十九、二十、二十五、三十 以上為指定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，此外還可做其他自選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。二、實(shí)驗(yàn)

4、報(bào)告的要求及書寫對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求：實(shí)驗(yàn)報(bào)告是一種工程文件，是實(shí)驗(yàn)研究的產(chǎn)物。報(bào)告的內(nèi)容及書寫質(zhì)量的好壞，對(duì)實(shí)驗(yàn) 的價(jià)值影響很大。盡管實(shí)驗(yàn)是成功的，但是由于報(bào)告中結(jié)果、結(jié)論表達(dá)得不準(zhǔn)確或不完整， 甚至由于書寫質(zhì)量不好造成錯(cuò)誤，則有損于實(shí)驗(yàn)的價(jià)值。學(xué)生完成教學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，雖然不是正式的工程技術(shù)文件，但是至少是一次作業(yè)，是為學(xué) 生將來進(jìn)行工程實(shí)驗(yàn)、科學(xué)研究書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告打基礎(chǔ)而做的練習(xí)。因此在書寫教學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 時(shí)，也應(yīng)該按工程實(shí)驗(yàn)的要求進(jìn)行訓(xùn)練。具體要求是：1 內(nèi)容屬實(shí)。報(bào)告內(nèi)容是實(shí)驗(yàn)的總結(jié)，因此結(jié)論要如實(shí)，數(shù)據(jù)要可靠。2 語(yǔ)言要明確、簡(jiǎn)潔。所謂“明確”就是書寫報(bào)告時(shí)，要選用恰當(dāng)?shù)脑~語(yǔ)，組織通順 的句子

5、明白、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)潔地表達(dá)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。3 書寫工整。報(bào)告書寫格式要正確。錯(cuò)別字要盡量少，圖表要符合規(guī)范。最好采用統(tǒng) 一規(guī)格的實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙書寫。好的實(shí)驗(yàn)報(bào)告來自于認(rèn)真的實(shí)驗(yàn)和精心的總結(jié)。只有認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn)中的每一個(gè)步驟，獲 取正確的數(shù)據(jù)，再經(jīng)過精心整理成文，才能達(dá)到要求。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的基本內(nèi)容:實(shí)驗(yàn)報(bào)告至少應(yīng)包括以下一些基本內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)名稱2、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備、實(shí)驗(yàn)對(duì)象4、測(cè)試原理概述5、測(cè)試過程6、測(cè)試結(jié)果及分析、實(shí)驗(yàn)小結(jié)及體會(huì)，也可結(jié)合各實(shí)驗(yàn)的思考題來寫這些內(nèi)容應(yīng)根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)情況來書寫。切忌不顧實(shí)際實(shí)驗(yàn)情況，抄幾段實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的內(nèi)容補(bǔ)充幾個(gè)數(shù)據(jù)敷衍了事。對(duì)以上內(nèi)容，在書寫報(bào)告時(shí)應(yīng)注意下面一些問題

6、實(shí)驗(yàn)名稱不可任意簡(jiǎn)化。因?yàn)橛行?shí)驗(yàn)的名稱既有內(nèi)容的含義，又有原理的含義。如“壓電式加速度計(jì)靈敏度的校準(zhǔn)”簡(jiǎn)化為“加速度計(jì)的校準(zhǔn)”就表達(dá)不出實(shí)驗(yàn)用的加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)和校準(zhǔn)內(nèi)容了。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菍?shí)驗(yàn)和書寫報(bào)告的基礎(chǔ)。每次實(shí)驗(yàn)的目的都是很清楚明了的，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)緊緊圍繞這個(gè)目的。實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備及實(shí)驗(yàn)對(duì)象根據(jù)實(shí)驗(yàn)中所用的，列出清單，應(yīng)畫出實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備及實(shí)驗(yàn)對(duì)象的相互連接圖，以進(jìn)一步說明各臺(tái)儀器和設(shè)備的用途。測(cè)試過程不是實(shí)驗(yàn)步驟的簡(jiǎn)單羅列，而是用簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是怎樣得到的。測(cè)試結(jié)果可以用圖、表、數(shù)字、文字及表達(dá)式等多種形式表達(dá)。表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)、單位要準(zhǔn)確，必要時(shí)應(yīng)該對(duì)數(shù)據(jù)的整理方法、表達(dá)式的含義等做

7、簡(jiǎn)要說明。一、頭驗(yàn)儀組成CSY-10B型傳感器實(shí)驗(yàn)儀介紹CSY10B傳感器實(shí)驗(yàn)儀：主要由機(jī)殼、機(jī)頭（傳感器安裝臺(tái)） 感器輸出單元、傳感器轉(zhuǎn)換放大處理電路單元）等組成。1、機(jī)殼：機(jī)殼內(nèi)部裝有直流穩(wěn)壓電源、振蕩信號(hào)板等。2、機(jī)頭（傳感器安裝平臺(tái)）：、顯示面板、調(diào)理電路面板（傳機(jī)頭圖由懸臂雙平行梁和振動(dòng)臺(tái)組成。、雙平行梁（應(yīng)變梁）：在雙平行梁的上、下梁片表面粘貼了應(yīng)變片；封裝了PN結(jié)、NTC RT熱敏電阻、熱電偶、力口熱器；在梁的自由端安裝了壓電傳感器、激振器（磁鋼、激振線圈）和測(cè)微頭。測(cè)微頭：調(diào)節(jié)測(cè)微頭產(chǎn)生力或位移，做靜態(tài)實(shí)驗(yàn)。激振器：激勵(lì)雙平行梁振動(dòng)，做動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)。、振動(dòng)臺(tái)：在振動(dòng)臺(tái)周圍安裝了光電

8、轉(zhuǎn)速傳感器、電渦流傳感器、光纖傳感器、差動(dòng)變壓器、壓阻式壓力傳感器、電容式傳感器、磁電式傳感器、霍爾式傳感器；在振動(dòng)臺(tái)的下方安裝了激振器（磁鋼、激振線圈）；在振動(dòng)臺(tái)的上方安裝了測(cè)微頭。測(cè)微頭：調(diào)節(jié)測(cè)微頭產(chǎn)生力或位移，做靜態(tài)實(shí)驗(yàn)。激振器：激勵(lì)振動(dòng)臺(tái)梁振動(dòng)，做動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)。3、顯示面板：由主電源單元、電機(jī)控制單元、直流穩(wěn)壓電源單元、F/ V表（電壓表）單元、 PC 口單元、電流表（頻率/轉(zhuǎn)速表）單元、音頻振蕩器單元、低頻振蕩器單元、土15V電源單元等組成。4、調(diào)理電路面板：由傳感器輸出單元、畐U電源、電橋、差動(dòng)放大器、電容變換器、電壓放大器、移相器、相敏檢波器、電荷放大器、低通濾波器、渦流變換器等組成

9、。5、數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件： 詳見三、V9.0數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件。*備注：實(shí)驗(yàn)儀的具體配置根據(jù)型號(hào)不同有差異，以具體型號(hào)的實(shí)物為準(zhǔn)。二、主要技術(shù)參數(shù)、性能及說明（一）、傳感器（機(jī)頭）部分：1、 電阻應(yīng)變片：電阻值 350Q左右；應(yīng)變系數(shù)為 2。2、 熱電偶：直流電阻 10Q左右（由兩個(gè)串接而成）；分度號(hào)為T;冷端為環(huán)境溫度。3、熱敏電阻：NTC半導(dǎo)體熱敏電阻；25C時(shí)為10KQ左右。4、 PN結(jié)溫度傳感器：利用1N4148良好的溫度線性電壓特性；靈敏度為-2.1mV/ C。5、 壓電加速度傳感器：由壓電陶瓷片和銅質(zhì)量塊構(gòu)成；電荷靈敏度為20pc/g。6、 光電轉(zhuǎn)速傳感器：透射式光電耦合器（光

10、電斷續(xù)器）；TTL電平輸出。8、電渦流傳感器：直流電阻 1 Q2Q ;位移量程1mm9、光纖傳感器：由半圓雙 D分布的多模光纖和光電變換座構(gòu)成；位移量程 1mm10、差動(dòng)變壓器：一個(gè)初級(jí)線圈、二個(gè)次級(jí)線圈（自感式）和鐵芯構(gòu)成；三個(gè)線圈直流電阻分別為5Q10Q ;音頻3KHz5KHz、電壓峰峰值為 Vp-p = 2V激勵(lì)；位移量程土 4mm11、 壓阻式壓力傳感器：Vs+ Vs-端直流電阻為 4.7K Q左右、Vo+ VO-端直流電阻為 7KQ左 右；4V直流電源供電；量程為 20kPa。2mm。12、電容式傳感器：由兩組定片和一組動(dòng)片構(gòu)成差動(dòng)變面積電容；量程土13、 磁電式傳感器：由線圈和動(dòng)鐵

11、構(gòu)成；直流電阻30Q40 Q ;靈敏度為500mV/ （m/s）。14、霍爾式傳感器：霍爾片置于環(huán)形磁鋼產(chǎn)生的梯度磁場(chǎng)中構(gòu)成位移傳感器；傳感器激勵(lì)端口直流電阻800 Q1.5K Q ,輸出端口直流電阻 400Q600Q ;位移量程1mm15、 氣敏傳感器：酒精敏感型，TP-3集體半導(dǎo)體氣敏傳感器；測(cè)量范圍50500ppm16、 濕敏傳感器：電阻型，阻值變化幾MQ幾KQ ;測(cè)量范圍30% RH- 90% RH17、 激振線圈：振動(dòng)激振器，直流電阻30Q40Q。18、光電變換座：由紅外發(fā)射、接收管構(gòu)成，是光纖傳感器的組件之一。19、其它：25mm測(cè)微頭、加熱器；光源、光敏電阻、光敏二、三極管；硅光

12、電池、光電開關(guān)。*備注：傳感器配置根據(jù)型號(hào)不同有差異，以具體型號(hào)的實(shí)物為準(zhǔn)。（二）、顯示面板部分：玄機(jī)溯主IrtT絃6H«X聲巒pc接口咅鎖振彩器I斤壩帳琳需顯示面板圖1、線性直流穩(wěn)壓電源：、土 2V土 10V分五檔步進(jìn)調(diào)節(jié)輸出，最大輸出電流1A,紋波w 5mV、土 15V定電壓輸出，最大輸出電流 1A,紋波w 10mV2、顯示表：、三位半數(shù)字直流電壓表：三檔量程（200mV 2V、20V）切換，精度± （0.2 %）+ 2個(gè)字。、三位半數(shù)字直流 F/V（頻率/電壓）表：五檔（200mV 2V、20V、2KHz 20KHZ）切換，精度± （0.2 %）+ 2個(gè)字。

13、、四位頻率/轉(zhuǎn)速數(shù)字表：頻率一轉(zhuǎn)速切換，頻率量程9999Hz,轉(zhuǎn)速量程5000n/min。、三位半數(shù)字直流電流表：四檔量程（200mA 20mA 200卩A 20卩A）切換，精度± ( 0.2 %)+ 2個(gè)字。3、振湯信號(hào)、音頻振蕩器：頻率 0.4KHZ10KHZ連續(xù)可調(diào)輸出，幅度 20Vp-p連續(xù)可調(diào)輸出，二個(gè)輸出相位0°( Lv)、180°，Lv端最大輸出電流 0.5A。、低頻振蕩器：頻率 3Hz30Hz連續(xù)可調(diào)輸出，幅度 20Vp-p連續(xù)可調(diào)輸出，最大輸出電 流 0.5A。4、PC接口：最大允許輸入電壓 DC ± 10V。*備注：顯示面板功能、配置

14、根據(jù)型號(hào)不同有差異，以具體型號(hào)的實(shí)物為準(zhǔn)。(三八調(diào)理電路面板：移相相畋檢謹(jǐn)器©&&a JI nf?L©彎PLCSY-998吃傳感器實(shí)驗(yàn)儀(調(diào)理電路面板圖1、傳感器輸出單元:*備注：根據(jù)型號(hào)不同有差異，以具體型號(hào)的實(shí)物為準(zhǔn)。2、調(diào)理電路單元：X2 ? ? 丄 &卑91&佻J-® 電壓敵犬粘WF丄早f rXfU ©丄u丄U丄1KfLA©辛L»ino * q別電闊CSY-998型傳感器實(shí)驗(yàn)儀、電橋：由電橋模型、電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)組成。組成直流電橋時(shí)作為應(yīng)變片、熱電阻的變換電 路；組成交流電橋時(shí)作為調(diào)制器。、差動(dòng)放

15、大器：可接成同相、反相、差分放大器。通頻帶010KHz,增益1101倍可調(diào)。、電容變換器：差動(dòng)式電容傳感器的調(diào)理電路。由高頻振振蕩器、放大器、二極管環(huán)形充放電電路組成。、電壓放大器：同相輸入放大器。通頻帶010KHZ,幅度最大時(shí)增益約為 6倍。、移相器：移相范圍 20°,允許最大輸入電壓峰峰值為Vp-p = 10V。在解調(diào)電路中用于補(bǔ)償信號(hào)的相位。、相敏檢波器：由整形電路與電子開關(guān)電路構(gòu)成的檢波電路。允許最大輸入檢波信號(hào)峰峰值為 Vp-p = 10V,通頻帶 010KHZ。、電荷放大器：電容反饋型放大器。用于放大壓電傳感器的輸出信號(hào)。、低通濾波器：由 50Hz的陷波器與低通 RC濾波

16、器構(gòu)成。轉(zhuǎn)折頻傳 35Hz左右。、渦流變換器：渦流傳感器的調(diào)理電路，渦流線圈是振蕩電路中的電感元件之一為變頻調(diào)幅式電路。（四）、實(shí)驗(yàn)儀供電與尺寸：供電：AC 220V 50Hz 功率 0.2kW實(shí)驗(yàn)儀尺寸為520X 400X 400（mm）。三、V9.0數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件簡(jiǎn)介（一）、數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件：V9.0版V9.0版數(shù)據(jù)采集卡是在原 V8.0版基礎(chǔ)上的一個(gè)升級(jí)版本，針對(duì)目前市售的傳感器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所配的采集卡動(dòng)態(tài)范圍太小，分辨率和精度過低的缺點(diǎn)，V9.0版采用了工業(yè)級(jí)的解決方案，達(dá)到了很高的測(cè)量精度和動(dòng)態(tài)范圍，接口部分采用 RS-232/USB接口，方便用戶的實(shí)際使用。該采集卡能完全滿足

17、實(shí)驗(yàn)的要求。具體技術(shù)指標(biāo)如下：1、接口標(biāo)準(zhǔn)：RS-232或USB接口2、A/D: 12 位3、通道數(shù)：A B通道4、采樣：同步5、采樣頻率：100KHz（分檔可選）6、測(cè)量誤差：0.2mv7、 測(cè)量量程：最大可達(dá)正負(fù)15V&支持電壓、電流信號(hào)直接輸入，無需配備轉(zhuǎn)換器9、操作環(huán)境：win dows98/2000/xp10、應(yīng)用軟件：CSY-V9.0數(shù)據(jù)采集與處理軟件（二）、虛擬儀器軟件：V9.0版本軟件是和 V9.0采集卡配套使用，以 RS-232/USB進(jìn)行通訊，采用 RS-232/USB標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議, 是一個(gè)高效、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該采集系統(tǒng)除了與本公司的 CSY系列傳感器實(shí)驗(yàn)儀配合使

18、用 外也可單獨(dú)對(duì)外部信號(hào)進(jìn)行采集 （信號(hào)頻率f < 1kHz）。（三）、系統(tǒng)需求：1、操作系統(tǒng)： Win dows 98 /2000/XP 簡(jiǎn)體中文版2、 In tel Pe ntium川 500MHz 或 AMD Athl on700MHz 以上3、128M以上內(nèi)存4、只少400M以上硬盤空間供軟件安裝和備份5、有 RS-232/USB 接口6、4倍速以上的CD-ROM（四）、該軟件主要功能有以下幾點(diǎn)：1、軟件按照公司實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書編寫，大部分實(shí)驗(yàn)?zāi)苡么藬?shù)據(jù)采集軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。2、軟件采集設(shè)置可分單步采樣、定時(shí)采樣、雙向采樣、與動(dòng)態(tài)采樣。在單步采樣時(shí)可以以最小二乘法與端點(diǎn)法分析其最大非線

19、性誤差或最大遲滯誤差，在動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)時(shí)可以分析其輸入波形的頻率、振幅或轉(zhuǎn)速。3、支持打印功能，能把實(shí)驗(yàn)結(jié)果在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后即可打印出來。4、采集卡硬件具有程控放大功能，在測(cè)量小電壓時(shí)能有很高精度。5、 在數(shù)據(jù)采集時(shí)通訊速率在V8.0數(shù)據(jù)采集卡的基礎(chǔ)上有很大提高6、數(shù)據(jù)采集軟件支持 RS232/USB通訊。7、支持差動(dòng)輸入功能。&支持雙通道數(shù)據(jù)采樣。9、具有虛擬低頻示波器功能，并能對(duì)波形進(jìn)行簡(jiǎn)單頻譜、失真度分析。*備注：1、 數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件不是CSY-10B系列傳感器實(shí)驗(yàn)儀的配置項(xiàng)，是選配項(xiàng)，不是實(shí)驗(yàn)過 程中所必需的。2、 數(shù)據(jù)采集卡選配內(nèi)置式為單通道并且RS232通訊。如要雙通道、USB

20、通訊則選配外置式。軟件使用方法參閱軟件所附的手冊(cè)或光盤。實(shí)驗(yàn)一應(yīng)變片單臂特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私怆娮钁?yīng)變片的工作原理與應(yīng)用并掌握應(yīng)變片測(cè)量電路。二、基本原理：電阻應(yīng)變式傳感器是在彈性元件上通過特定工藝粘貼電阻應(yīng)變片來組成。一種利用電阻材料的應(yīng)變效應(yīng)將工程結(jié)構(gòu)件的內(nèi)部變形轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器，此類傳感器主要是通過一定的機(jī)械裝置將被測(cè)量轉(zhuǎn)化成彈性元件的變形，然后由電阻應(yīng)變片將變形轉(zhuǎn)換成電阻的變化，再通過測(cè)量電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化信號(hào)輸出?？捎糜谀苻D(zhuǎn)化成變形的各種非電物理量的檢測(cè)，如力、壓力、加速度、力矩、重量等，在機(jī)械加工、 計(jì)量、建筑測(cè)量等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。1應(yīng)變片的電阻應(yīng)變效

21、應(yīng)所謂電阻應(yīng)變效應(yīng)是指具有規(guī)則外形的金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)變而其電阻值也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)地改變，這一物理現(xiàn)象稱為 “電阻應(yīng)變效應(yīng)”。以圓柱形導(dǎo)體為例：設(shè)其長(zhǎng)為：L、半徑為r、材料的電阻率為p時(shí)，根據(jù)電阻的定義式得(1 1)當(dāng)導(dǎo)體因某種原因產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，其長(zhǎng)度L、截面積A和電阻率p的變化為dL、dA、dp相應(yīng)的電阻變化為 dR。對(duì)式（1 1）全微分得電阻變化率dR/R為：(1 2)式中：dL/L為導(dǎo)體的軸向應(yīng)變量£ l；dr/r為導(dǎo)體的橫向應(yīng)變量 e r由材料力學(xué)得:£=-卩 £(1 3)式中：為材料的泊松比，大多數(shù)金屬材料的泊松比為0.30.5左右；負(fù)號(hào)表

22、示兩者的變化方向相反。將式（1 3）代入式（1 2）得:(1 4)式（1 4）說明電阻應(yīng)變效應(yīng)主要取決于它的幾何應(yīng)變（幾何效應(yīng)）和本身特有的導(dǎo)電性能（壓阻效應(yīng)）。2、應(yīng)變靈敏度它是指電阻應(yīng)變片在單位應(yīng)變作用下所產(chǎn)生的電阻的相對(duì)變化量。（1）、金屬導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏度 K:主要取決于其幾何效應(yīng)；可取 （1 5）其靈敏度系數(shù)為：K=塵=1 + 2“）金屬導(dǎo)體在受到應(yīng)變作用時(shí)將產(chǎn)生電阻的變化，拉伸時(shí)電阻增大，壓縮時(shí)電阻減小，且與其軸向應(yīng)變成正比。金屬導(dǎo)體的電阻應(yīng)變靈敏度一般在2左右。（2）、半導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏度：主要取決于其壓阻效應(yīng)；dR/R衣d p ?半導(dǎo)體材料之所以具有較大的電阻變化率，是因?yàn)樗羞h(yuǎn)比

23、金屬導(dǎo)體顯著得多的壓阻效應(yīng)。在半導(dǎo)體受力變形時(shí)會(huì)暫時(shí)改變晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，因而改變了半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理， 使得它的電阻率發(fā)生變化，這種物理現(xiàn)象稱之為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。且不同材質(zhì)的半導(dǎo)體材料在不同受力條件下產(chǎn)生的壓阻效應(yīng)不同，可以是正（使電阻增大）的或負(fù)（使電阻減?。┑膲鹤栊?yīng)。也就是說， 同樣是拉伸變形，不同材質(zhì)的半導(dǎo)體將得到完全相反的電阻變化效果。半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)主要體現(xiàn)為壓阻效應(yīng)，可正可負(fù)，與材料性質(zhì)和應(yīng)變方向有關(guān)，其靈敏度系數(shù)較大，一般在100到200左右。3、貼片式應(yīng)變片應(yīng)用在貼片式工藝的傳感器上普遍應(yīng)用金屬箔式應(yīng)變片，貼片式半導(dǎo)體應(yīng)變片（溫漂、穩(wěn)定性、線性度不好而且易損壞）很少

24、應(yīng)用。一般半導(dǎo)體應(yīng)變采用 N型單晶硅為傳感器的彈性元件，在它上面直接蒸鍍擴(kuò)散出半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜（擴(kuò)散出敏感柵），制成擴(kuò)散型壓阻式（壓阻效應(yīng)）傳感器。*本實(shí)驗(yàn)以金屬箔式應(yīng)變片為研究對(duì)象。4、箔式應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)應(yīng)變片是在用苯酚、環(huán)氧樹脂等絕緣材料的基板上，粘貼直徑為0.025mm左右的金屬絲或金屬箔制成，如圖1 1所示。;i出歿電國(guó)商e城崛梅)(b)箔式應(yīng)變片t(C)全橋(a)單臂(b)半橋圖12應(yīng)變片測(cè)量電路圖11應(yīng)變片結(jié)構(gòu)圖(a)絲式應(yīng)變片金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，與絲式應(yīng)變片工作原理相同。電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效

25、應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為： R/R= K £ 式中： R/R為電阻絲電阻相對(duì)變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，& = L/L為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。5、測(cè)量電路為了將電阻應(yīng)變式傳感器的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)，在應(yīng)用中一般采用電橋電路作為其測(cè)量電路。電橋電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、測(cè)量范圍寬、線性度好且易實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)。能較好地滿足各種應(yīng)變測(cè)量要求，因此在應(yīng)變測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用。 電橋電路按其工作方式分有單臂、雙臂和全橋三種，單臂工作輸出信號(hào)最小、線性、穩(wěn)定性 較差；雙臂輸出是單臂的兩倍，性能比單臂有所改善；全橋工作時(shí)的輸出是單臂時(shí)的四倍， 性能最好。因此，為了得到較大

26、的輸出電壓信號(hào)一般都采用雙臂或全橋工作?；倦娐啡鐖D1 2 (a)、( b)、( c)所示。(a)、單臂Uo= 一=(R4+ R4) / (R4 + R4+ R3) R1/(R1 + R2)E=(R1+R2)(R4 + R4)R1( R3 + R4 + R4)/( R3+R4+ R4)(R1 +R2) E設(shè) Ri = R2= R3= R4，且 R4 / R4= A R / R VV 1, R/ R= K &。則 Uo (1 /4)( R4/ R4)E = (1 /4)( R/ R)E= (1 / 4) K £ E(b)、雙臂(半橋)同理：Uo (1 / 2)( R/ R)E=

27、 (1 / 2)K £ E(C)、全橋同理:Uo ( R/R)E= K £ E6、箔式應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)原理圖圖1 3應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)原理圖圖中R1、R2、R3為350 Q固定電阻，R4為應(yīng)變片； W1和r組成電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)，供橋電源直流土 4V。橋路輸出電壓 Ug (1 /4)( R4/ F4)E = (1 / 4)( R/ R)E= (1 /4) K £ E 。三、需用器件與單元：機(jī)頭中的應(yīng)變梁的應(yīng)變片、測(cè)微頭；顯示面板中的F/V表(或電壓表)、± 2V土 10V步進(jìn)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源；調(diào)理電路面板中傳感器輸出單元中的箔式應(yīng)變片、調(diào)理電路單元中的電橋

28、、差動(dòng)放大器；4弓位數(shù)顯萬用表(自備)。四、需用器件與單元介紹：1、圖1 4調(diào)理電路面板中的電橋單元。圖中：菱形虛框?yàn)闊o實(shí)體的電橋模型(為實(shí)驗(yàn)者組橋參考而設(shè)，無其它實(shí)際意義)。R1=R2=R3=350Q是固定電阻，為組成單臂應(yīng)變和半橋應(yīng)變 而配備的其它橋臂電阻。W電位器、r電阻為電橋直流調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò)，W電位器、C電容為電橋交流調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò)。圖1 4電橋面板圖2、圖1 5為差動(dòng)放大器原理圖與調(diào)理電路中的差動(dòng)放大器單元面板圖。圖中：左圖是原理圖， A是差動(dòng)輸入的放大器；右圖為面板圖。* 3、附：測(cè)微頭的組成與使用:測(cè)微頭組成和讀數(shù)如下圖 1 6所示。測(cè)微頭組成：測(cè)微頭由不可動(dòng)部分中的安裝套（應(yīng)變梁

29、的測(cè)微頭無安裝套）、軸套和可動(dòng)部分中的測(cè)桿、微分筒、微調(diào)鈕組成。測(cè)微頭讀數(shù)與使用：測(cè)微頭的安裝套便于在支架座上固定安裝，軸套上的主尺有兩排刻度線，標(biāo)有數(shù)字的是整毫米刻線（1 mm/格），另一排是半毫米刻線（0.5 mm/格）；微分筒 前部圓周表面上刻有 50等分的刻線（0.01 mm/格）。用手旋轉(zhuǎn)微分筒或微調(diào)鈕時(shí)，測(cè)桿就沿軸線方向進(jìn)退。微分筒每轉(zhuǎn)過1格，測(cè)桿沿軸方向移動(dòng)微小位移0.01毫米，這也叫測(cè)微頭的分度值。測(cè)微頭的讀數(shù)方法是先讀軸套主尺上露出的刻度數(shù)值，注意半毫米刻線；再讀與主尺橫線對(duì)準(zhǔn)微分筒上的數(shù)值、可以估讀1/ 10分度，如圖1 6甲讀數(shù)為3.678 mm,不是3.178 mm;遇

30、到微分筒邊緣前端與主尺上某條刻線重合時(shí)，應(yīng)看微分筒的示值是否過零，如圖1 6乙已過零則讀2.514 mm;如圖1 6丙未過零，則不應(yīng)讀為2 mm,讀數(shù)應(yīng)為1.980 mm。測(cè)微頭使用：測(cè)微頭在實(shí)驗(yàn)中是用來產(chǎn)生位移并指示出位移量的工具。一般測(cè)微頭在使用前，首先轉(zhuǎn)動(dòng)微分筒到10mm處（為了保留測(cè)桿軸向前、后位移的余量），再將測(cè)微頭軸套上的主尺橫線面向自己安裝到專用支架座上，移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套（測(cè)微頭整體移動(dòng)）使測(cè)桿與被測(cè)體連接并使被測(cè)體處于合適位置（視具體實(shí)驗(yàn)而定）時(shí)再擰緊支架座上的緊固螺釘。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭的微分筒時(shí)，被測(cè)體就會(huì)隨測(cè)桿而位移。五、實(shí)驗(yàn)步驟:1、在應(yīng)變梁自然狀態(tài)（不受力）的情況下，用4

31、$位數(shù)顯萬用表2k Q電阻檔測(cè)量所有應(yīng)變片阻值；在應(yīng)變梁受力狀態(tài)（用手壓、提梁的自由端）的情況下，測(cè)應(yīng)變片阻值，觀察 一下應(yīng)變片阻值變化情況（標(biāo)有上下箭頭的4片應(yīng)變片縱向受力阻值有變化；標(biāo)有左右箭頭 的2片應(yīng)變片 橫向不受力阻值無變化，是溫度補(bǔ)償片 ）。如下圖1 7所示。機(jī)無W 圖17觀察應(yīng)變片阻值變化情況示意圖2、差動(dòng)放大器調(diào)零點(diǎn)：按下圖 1 8示意接線。將F/ V表（或電壓表）的量程切換開關(guān) 切換到2V檔，合上主、畐U電源開關(guān)，將差動(dòng)放大器的增益電位器按順時(shí)針方向輕輕轉(zhuǎn)到底 后再逆向回轉(zhuǎn)一點(diǎn)點(diǎn)（放大器的增益為最大，回轉(zhuǎn)一點(diǎn)點(diǎn)的目的：電位器觸點(diǎn)在根部估計(jì)會(huì) 接觸不良），調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器的調(diào)零電

32、位器，使電壓表顯示電壓為零。差動(dòng)放大器的零點(diǎn)調(diào) 節(jié)完成，關(guān)閉主電源。差動(dòng)放大器F/V農(nóng)（電壓衣）圖18差放調(diào)零接線圖3、應(yīng)變片單臂電橋特性實(shí)驗(yàn)：將土 2V土 10V步進(jìn)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源切換到4V檔，將主板上傳感器輸出單元中的箔式應(yīng)變片（標(biāo)有上下箭頭的4片應(yīng)變片中任意一片為工作片 ）與電橋單元中 R1、R2、R3組 成電橋電路，電橋的一對(duì)角接土4V直流電源，另一對(duì)角作為電橋的輸出接差動(dòng)放大器的二輸入端，將W電位器、r電阻直流調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò)接入電橋中（W1電位器二固定端接電橋的土4V電源端、W的活動(dòng)端r電阻接電橋的輸出端），如圖1 9示意接線（粗細(xì)曲線為連接線）。ILI應(yīng)亜片緊回財(cái)+47電特平衛(wèi)團(tuán)話

33、.E CZIU蕓功放大銀 電壓表-VJA1亙莊稅圧電強(qiáng)圖19應(yīng)變片單臂電橋特性實(shí)驗(yàn)原理圖與接線示意圖檢查接線無誤后合上主電源開關(guān)， 當(dāng)機(jī)頭上應(yīng)變梁自由端的測(cè)微頭離開自由端 （梁處 于自然狀態(tài)，圖1 7機(jī)頭所示）時(shí)調(diào)節(jié)電橋的直流調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò) W1電位器，使電壓表顯示 為0或接近0。在測(cè)微頭吸合梁的自由端前調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒，使測(cè)微頭的讀數(shù)為10mm左右（測(cè)微頭微分筒的0刻度線與測(cè)微頭軸套的 10mm刻度線對(duì)準(zhǔn)）；再松開測(cè)微頭支架軸套的緊固螺釘，調(diào)節(jié)測(cè)微頭支架高度使梁吸合后進(jìn)一步調(diào)節(jié)支架高度，同時(shí)觀察電壓表顯示絕對(duì)值盡量為最小時(shí)固定測(cè)微頭支架高度（擰緊緊固螺釘，圖1 9機(jī)頭所示）。仔細(xì)微調(diào)測(cè)微頭的

34、微分筒使電壓表顯示值為0 （梁不受力處于自然狀態(tài)），這時(shí)的測(cè)微頭刻度線位置作為梁位移的相對(duì)0位位移點(diǎn)。首先確定某個(gè)方向位移，以后每調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒一周產(chǎn)生0.5mm位移，根據(jù)表1位移數(shù)據(jù)依次增加0.5mm并讀取相應(yīng)的電壓值填入表1中；然后反方向調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒使電壓表顯示 0V （這時(shí)測(cè)微頭微分筒的刻度線不在原來的0位位移點(diǎn)位置上，是由于測(cè)微頭存在機(jī)械回程差，以電壓表的0V為標(biāo)準(zhǔn)作為0位位移點(diǎn)并取固定的相對(duì)位移 X消除了機(jī)械回程差），再根據(jù)表1位移數(shù)據(jù)依次反方向增加 0.5m m并讀取相應(yīng)的電壓值填入 表1中。*注：調(diào)節(jié)測(cè)微頭要仔細(xì)，微分筒每轉(zhuǎn)一周 X=0.5mm如調(diào)節(jié)過量再回調(diào)，則產(chǎn)生回

35、程差。表1應(yīng)變片單臂電橋特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：位移（mm）-8.0-1.0-0.50+0.5+1.0+8.0電壓（mV）根據(jù)表1數(shù)據(jù)畫出實(shí)驗(yàn)曲線并計(jì)算靈敏度S= V/ X （ V輸出電壓變化量， X位移變化量）和非線性誤差 S （用最小二乘法），S = m/yFS X 100%式中 m為輸出值（多次 測(cè)量時(shí)為平均值）與擬合直線的最大偏差：yFS滿量程輸出平均值，此處為相對(duì)總位移量。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。六、思考題：1、 R轉(zhuǎn)換成 V輸出用什么方法？2、根據(jù)圖4機(jī)頭中應(yīng)變梁結(jié)構(gòu)，梁的自由端往下施力時(shí)上、下梁片中應(yīng)變片的應(yīng)變方向（是拉？還是壓？）。3、 還可以用什么方法消除測(cè)微頭的機(jī)械回程差？提示：實(shí)驗(yàn)步驟

36、中不設(shè) 0位位移點(diǎn)， 直接從位移最大處單方向調(diào)節(jié)測(cè)微頭。實(shí)驗(yàn)二應(yīng)變片半橋特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈶?yīng)變片半橋（雙臂）工作特點(diǎn)及性能。二、基本原理：應(yīng)變片基本原理參閱實(shí)驗(yàn)一。應(yīng)變片半橋特性實(shí)驗(yàn)原理如圖21所示。不同受力方向的兩片應(yīng)變片（上、下二片梁的應(yīng)變片應(yīng)力方向不同）接入電橋作為鄰邊，輸出靈敏度提高，非線性得到改善。其橋路輸出電壓Uo- （1 /2）（ R/ R）E= （1 /2）K £ E 。差動(dòng)戰(zhàn)大器電壓衣-1V E HVO圖2 1應(yīng)變片半橋特性實(shí)驗(yàn)原理圖三、 需用器件與單元：機(jī)頭中的應(yīng)變梁的應(yīng)變片、測(cè)微頭；顯示面板中的F/V表（或電壓 表）、± 2V土 10V步進(jìn)可調(diào)

37、直流穩(wěn)壓電源；調(diào)理電路面板中傳感器輸出單元中的箔式應(yīng)變片、調(diào)理電路單元中的電橋、差動(dòng)放大器。四、實(shí)驗(yàn)步驟：除實(shí)驗(yàn)接線按圖2 2接線即電橋單元中 R1、R2與相鄰的二片應(yīng)變片組成電橋電路外。實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法與實(shí)驗(yàn)一完全相同。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。I I譏做片臉變片應(yīng)吏釜緊EKE4I直流籾H幀TjlT ;圖2 2應(yīng)變片半橋?qū)嶒?yàn)原理圖與接線示意圖五、思考題:半橋測(cè)量時(shí)兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片（相鄰的二片應(yīng)變片） 接入電橋時(shí)，應(yīng)接在:（1）對(duì)邊？（ 2）鄰邊？為什么？實(shí)驗(yàn)三應(yīng)變片全橋特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈶?yīng)變片全橋工作特點(diǎn)及性能。二、 基本原理：應(yīng)變片基本原理參閱實(shí)驗(yàn)一。應(yīng)變片全橋特性

38、實(shí)驗(yàn)原理如圖31所示。應(yīng)變片全橋測(cè)量電路中， 將受力方向相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，相反的?yīng)變片接入電橋鄰邊。當(dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1 = F2= R3 = F4,其變化值 R1 = R2 = R3= A R4時(shí)，其橋路輸出電壓Uo- ( R/R)E= K £ E。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性得到改善。三、 需用器件和單元：機(jī)頭中的應(yīng)變梁的應(yīng)變片、測(cè)微頭；顯示面板中的F/V表(或電壓 表)、± 2V土 10V步進(jìn)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源；調(diào)理電路面板中傳感器輸出單元中的箔式應(yīng)變片、調(diào)理電路單元中的電橋、差動(dòng)放大器。四、實(shí)驗(yàn)步驟：除實(shí)驗(yàn)接線按圖32示意接線，四片應(yīng)變片組成電橋

39、電路外。實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處 理方法與實(shí)驗(yàn)一完全相同。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。-4V豪新IB莊電凍磯fferlI恕42二 FVfn-T圖3 2應(yīng)變片全橋特性實(shí)驗(yàn)原理圖與接線示意圖五、思考題：應(yīng)變片組橋時(shí)應(yīng)注意什么問題實(shí)驗(yàn)四 應(yīng)變片單臂、半橋、全橋特性比較一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模罕容^單臂、半橋、全橋輸出時(shí)的靈敏度和非線性度，得出相應(yīng)的結(jié)論。二、基本原理：如圖4 (a)、(b)、(c)為應(yīng)變片單臂、半橋和全橋測(cè)量電路原理圖。它們輸出電壓分別為:a)單臂Uo= 一=(R4+ F4) / (R4 + F4+ R3) R1/(R1 + R2)E=( R1+ R2) (R4 + R4) R1 ( R3 + R4 + R

40、4)/ ( R3+ R4+ R4) (R1 + R2) E設(shè) R1 = R2= R3= R4，且 R4 / R4= R / R VV 1, R/ R= K e。貝U Uo (1 /4)( R4/ R4)E = (1 /4)( R/ R)E= (1 / 4) K e E(b)、雙臂(半橋)同理:Uo (1 / 2)( R/ R)E= (1 / 2)K e E(C)、全橋同理:Uo ( R/R)E= K e Et(c)全橋(a)單臂(b)半橋圖4應(yīng)變測(cè)量電路、需用器件與單元：機(jī)頭中的應(yīng)變梁的應(yīng)變片、測(cè)微頭；顯示面板中的 F/V表(或電壓 表)、± 2V土 10V步進(jìn)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源；調(diào)理

41、電路面板中傳感器輸出單元中的箔式應(yīng)變 片、調(diào)理電路單元中的電橋、差動(dòng)放大器。四、實(shí)驗(yàn)步驟：根據(jù)實(shí)驗(yàn)一、二、三所得的結(jié)果進(jìn)行單臂、半橋和全橋輸出的靈敏度和非線性度分析比較(注意：實(shí)驗(yàn)一、二、三中的放大器增益必須相同)。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。實(shí)驗(yàn)五 應(yīng)變片的溫度影響實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉁囟葘?duì)應(yīng)變片測(cè)試系統(tǒng)的影響。二、基本原理：電阻應(yīng)變片的溫度影響，主要來自兩個(gè)方面。敏感柵絲的溫度系數(shù)，應(yīng)變柵的線膨脹系數(shù)與彈性體（或被測(cè)試件）的線膨脹系數(shù)不一致會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)變。因此當(dāng)溫度變化時(shí)，在被測(cè)體受力狀態(tài)不變時(shí)，輸出會(huì)有變化。三、 需用器件與單元： 機(jī)頭中的應(yīng)變梁的應(yīng)變片、加熱器、；顯示面板中的F/V表（或電

42、壓表）、± 2V土 10V步進(jìn)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、-15V電源；調(diào)理電路面板中傳感器輸出單元中的箔式應(yīng)變片、加熱器；調(diào)理電路單元中的電橋、差動(dòng)放大器。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、按實(shí)驗(yàn)一應(yīng)變片單臂特性實(shí)驗(yàn)步驟調(diào)試、實(shí)驗(yàn)。調(diào)節(jié)測(cè)微頭使梁的自由端產(chǎn)生較大位移（如實(shí)驗(yàn)一表 1中絕對(duì)值最大位移處）時(shí)讀取記錄電壓表的顯示值為Uol,并且繼續(xù)保留此狀態(tài)不變。2、 將顯示面板中的-15V電源與調(diào)理電路面板中傳感器輸出單元中的加熱器相連，使加 熱器對(duì)應(yīng)變片施熱，如下圖5所示。數(shù)分鐘后待數(shù)顯表電壓顯示基本穩(wěn)定后， 記下讀數(shù)Uot , 則Uot-Uo1即為溫度變化的影響。計(jì)算這一溫度變化產(chǎn)生的相對(duì)誤差：Uot -U

43、oio =Uoi100%實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。圖5應(yīng)變片溫度影響實(shí)驗(yàn)*實(shí)驗(yàn)六應(yīng)變片溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉁囟葘?duì)應(yīng)變片測(cè)試系統(tǒng)的影響及補(bǔ)償方法。二、基本原理：實(shí)驗(yàn)五已知溫度的變化對(duì)應(yīng)變片是有影響的。當(dāng)二片完全相同的應(yīng)變片處于同一溫度場(chǎng)時(shí)，溫度的影響是相同的，將實(shí)驗(yàn)五中的R3換成溫度補(bǔ)償應(yīng)變片并與固定阻R1、R2組成電橋測(cè)量電路，從理論上來說就能消除溫度的影響。三、 需用器件與單元：機(jī)頭中的應(yīng)變梁的應(yīng)變片、加熱器；顯示面板中的F/V表（或電壓 表）、± 2V土 10V步進(jìn)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、-15V電源；調(diào)理電路面板中傳感器輸出單元中 的箔式應(yīng)變片、加熱器；調(diào)理電路單元中的電橋、差動(dòng)

44、放大器。四、實(shí)驗(yàn)步驟：提示：溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)接線如下圖 6所示。按實(shí)驗(yàn)五步驟、方法實(shí)驗(yàn)（與實(shí)驗(yàn)五的唯一區(qū)別：用帶橫向箭頭的補(bǔ)償應(yīng)變片替換橋路中的固定電阻R3）,溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)接線如下圖 6所示。比較實(shí)驗(yàn)五、實(shí)驗(yàn)六二者結(jié)果。實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉電源。宜制5伍起諒應(yīng)沙I面板壓I 電M衰圖6應(yīng)變片溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)接線圖實(shí)驗(yàn)七應(yīng)變直流全橋的應(yīng)用一電子秤實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈶?yīng)變直流全橋的應(yīng)用及電路的標(biāo)定。、基本原理：常用的稱重傳感器就是應(yīng)用了箔式應(yīng)變片及其全橋測(cè)量電路。數(shù)字電子秤實(shí)驗(yàn)原理如圖7 1。本實(shí)驗(yàn)只做放大器輸出Vo實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)電路的標(biāo)定使電路輸出的電壓值為重量對(duì)應(yīng)值，電壓量綱（ V）改為重量量綱（g）即成為一臺(tái)原

45、始電子秤。C_J圖7 1數(shù)字電子稱原理框圖三、 需用器件與單元： 機(jī)頭中的應(yīng)變梁的應(yīng)變片；顯示面板中的F/V表（或電壓表）、± 2V土 10V步進(jìn)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源；調(diào)理電路面板傳感器輸出單元中的箔式應(yīng)變片；調(diào)理 電路單元中的電橋、差動(dòng)放大器；砝碼（20g/只）。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、差動(dòng)放大器調(diào)零點(diǎn)：按圖7 2示意接線。將F/V表（或電壓表）的量程切換開關(guān)切換到2V檔，合上主、畐U電源開關(guān)，將差動(dòng)放大器的增益電位器按順時(shí)針方向輕輕轉(zhuǎn)到底 后再逆向回轉(zhuǎn)一點(diǎn)點(diǎn)（放大器的增益為最大，回轉(zhuǎn)一點(diǎn)點(diǎn)的目的：電位器觸點(diǎn)在根部估計(jì)會(huì) 接觸不良），調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器的調(diào)零電位器，使電壓表顯示電壓為零。差動(dòng)放大

46、器的零點(diǎn)調(diào) 節(jié)完成，關(guān)閉主電源。2、將土 2V土 10V步進(jìn)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源切換到4V檔，按圖7 3接線，檢查接線無誤后合上主電源開關(guān)。在梁的自由端無砝碼時(shí)，調(diào)節(jié)電橋中的W1電位器，使數(shù)顯表顯示為0.000V。將10只砝碼全部置于梁的自由端上（盡量放在中心點(diǎn)），調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器的增益電位器，使數(shù)顯表顯示為0.200V（2V檔測(cè)量）或0.200V。頁(yè)而初土電跑電圧敢i面板電橋意程切抉開矢圖73電子秤實(shí)驗(yàn)接線示意圖3、 拿去梁的自由端上所有砝碼，如數(shù)顯電壓表不顯示 0.000V則調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器的調(diào)零 電位器，使數(shù)顯表顯示為0.000V。再將10只砝碼全部置于振動(dòng)臺(tái)上（盡量放在中心點(diǎn)），調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器

47、的增益電位器，使數(shù)顯表顯示為0.200V（2V檔測(cè)量）或0.200V。4、 重復(fù)3步驟的標(biāo)定過程，一直到誤差較小為止，把電壓量綱V改為重量綱g,就可 以稱重，成為一臺(tái)原始的電子秤。5、 把砝碼依次放在梁的自由端上，并依次記錄重量和電壓數(shù)據(jù)填入下表5。6、根據(jù)數(shù)據(jù)畫出實(shí)驗(yàn)曲線，計(jì)算誤差與線性度。表7電子稱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重量（g）電壓（mV）7、在梁的自由端上放上筆、鑰匙之類的小東西稱一下重量。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。實(shí)驗(yàn)八移相器、相敏檢波器實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私庖葡嗥?、相敏檢波器的工作原理。、基本原理：1、移相器工作原理：圖8 1為移相器電路原理圖與調(diào)理電路中的移相器單元面板圖。圖中，IC1、Ri、R2、R

48、3、Ci構(gòu)成一階移相器(超前)，在R2=R1的條件下，其幅頻特性和相頻特性分別表示為：KFi(j 3 )=Vi/V 仁-(1-j 3 F3Ci)/(1+j 3 F3C1)KF1( 3 )=1-1 亠 F1( 3 )=- JI -2tg 3 R3CI其中：3 =2 J f,f為輸入信號(hào)頻率。同理由IC2,R4,R5,Rw,C3構(gòu)成另一個(gè)一階移相器(滯后)， 在Rs=F4條件下的特性為：KF2(j 3 )=Vo/V 仁-(1-j3 RwC"(1+j3 RwC)KF2( 3 )=1-1 F2( 3 )=- J -2tg 3 RwC由此可見，根據(jù)幅頻特性公式，移相前后的信號(hào)幅值相等。根據(jù)相頻

49、特性公式，相移角度的大小和信號(hào)頻率f及電路中阻容元件的數(shù)值有關(guān)。 顯然，當(dāng)移相電位器 Rw=O,上式中F2=o, 因此F1決定了圖7 1所示的二階移相器的初始移相角：即 f=Q F1=- J -2tg 2 J fR3C1若調(diào)整移相電位器 Rw則相應(yīng)的移相范圍為：f=Q F1-F2=-2tg -12 j fR3C1+2tg-12 j f ARw(3已知F3=10KQ ,8=6800p, Rw=10kQ ,C3=0.022卩F,如果輸入信號(hào)頻率 f 一旦確定，即可計(jì)算出圖81所示二階移相器的初始移相角和移相范圍。2、相敏檢波器工作原理:AC圖8 2為相敏檢波器(開關(guān)式)原理圖與調(diào)理電路中的相敏檢波

50、器面板圖。圖中，為交流參考電壓輸入端，DC為直流參考電壓輸入端，Vi端為檢波信號(hào)輸入端，Vo端為檢波輸出端。圖8 2相敏檢波器原理圖與面板圖原理圖中各元器件的作用：C1交流耦合電容并隔離直流；A1反相過零比較器，將參考電壓正弦波轉(zhuǎn)換成矩形波(開關(guān)波+14V-14V ) ; D1二極管箝位得到合適的開關(guān)波形V7<0V (0-14V ),為電子開關(guān) Q1提供合適的工作點(diǎn)；Q1是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，工作在開或關(guān) 的狀態(tài)；A2工作在反相器或跟隨器狀態(tài)；R6限流電阻起保護(hù)集成塊作用。關(guān)鍵點(diǎn)：Q1是由參考電壓 V7矩形波控制的開關(guān)電路。當(dāng)V7= 0V時(shí)，Q1導(dǎo)通，使 A2的同相輸入5端接地成為倒相器，即

51、V3= -V1 (Vo= -Vi )；當(dāng)V7v 0V時(shí)，Q1截止(相當(dāng)于 A2的5端接地?cái)嚅_)，A2成為跟隨器，即 V3= V1 (Vo= Vi)。相敏檢波器具有鑒相特性，輸 出波形V3的變化由檢波信號(hào) V1 (Vi)與參考電壓波形 V2 (AC)之間的相位決定。下圖8 3為相敏檢波器的工作時(shí)序圖。VIKVIy7yvs%r rI V/ c1¥TVTi i1 1*3nIZVAI 、圖83相敏檢波器工作時(shí)序圖三、需用器件與單元： 顯示面板中的土 2V土 10V步進(jìn)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器;調(diào)理電路面板中的移相器、相敏檢波器單元；雙蹤示波器（自備）。四、實(shí)驗(yàn)步驟：（一） 移相器實(shí)驗(yàn)1、

52、調(diào)節(jié)顯示面板音頻振蕩器的幅度為最?。ǚ刃o逆時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底），按圖8 4示意接線，檢查接線無誤后，合上主、副電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率為f=1KHz幅度適中（2VW Vp-p < 8V）。fC頻!掘筋器按/J<波搭CHS通道圖84移相器實(shí)驗(yàn)接線圖2、 正確選擇雙線（雙蹤）示波器的“觸發(fā)”方式及其它（TIME/DIV :在0.5mSO.lmS 范圍內(nèi)選擇；VOLTS/DIV: 1V5V范圍內(nèi)選擇）設(shè)置。3、 調(diào)節(jié)移相器的移相電位器（逆時(shí)針到底OKQ順時(shí)針到底10KQ變化范圍），用示波器可測(cè)定移相器的初始移相角（F = ©F 1）和移相范圍F。4、 改變輸入信號(hào)Lv頻率

53、，調(diào)節(jié)移相電位器觀察相應(yīng)的移相變化。測(cè)試完畢關(guān)閉主電源。（二）相敏檢波器實(shí)驗(yàn)1、將顯示面板中的土 2V土 10V步進(jìn)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源切換到2V檔，調(diào)節(jié)顯示面板音頻振蕩器的幅度為最小（幅度旋鈕逆時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底），再按圖8 5示意接線。檢查接線無誤后合上主電源，調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率f=5KHz左右，幅度 Vp-p=5V;結(jié)合相敏檢波器的原理圖和工作原理，分析觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形關(guān)系。相敏檢波器2 摟示波器CHJS道圖85相敏檢波器跟隨、倒相實(shí)驗(yàn)接線示意圖2、 將相敏檢波器的 DC參考電壓改接到-2V （Vo-），觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形 關(guān)系。關(guān)閉主電源。3、 按圖8 6示意圖接線，合上主電源，分別調(diào)節(jié)移相電位器和音頻信號(hào)幅度，結(jié)合相 敏檢波器的原理圖和工作原理，分析觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形關(guān)系。移