【正文】 )1． 熱端溫度為t,冷端溫度為室溫時熱電勢。（6）根據(jù)熱電偶的熱電勢與溫度之間的關(guān)系式：Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to)其中：t 熱電偶的熱端（工作端或稱測溫端）溫度。（5）用自備的溫度計測出上梁表面熱電偶處的溫度t并記錄下來。（3） 、開啟主、副電源，調(diào)節(jié)差動放大器調(diào)零旋鈕，使F／V表顯示零值，記錄下自備溫度計的室溫。（2） 了解熱電偶在實驗儀上的位置及符號，實驗儀所配的熱電偶是由銅康銅組成的簡易熱電偶，分度號為T。 所需單元及附件：－15V不可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、F／V表、加熱器、熱電偶、水銀溫度計（自備）、主副電源旋鈕初始位置：F／V表切換開關(guān)置2V檔，差動放大器增益最大。如固定某一端溫度（一般固定冷端為室溫或零攝氏度），則另一端的溫度就可知，從而實現(xiàn)溫度的測量。通常把兩種不同導(dǎo)體的這種組合稱為熱電偶。（３） 繪出示波器上的差動變面積式電容傳感器動態(tài)圖形（輸入/輸出）。（１） 檢查電容傳感器動片與靜片無碰片后，接通低頻激振器（頻率設(shè)置115Hz）， 幅度旋鈕置中，激振器VO接面板上1組激振線圈的上端，該組的激振線圈下端接地，使震動平臺上的差動變面積式電容傳感器的動片組產(chǎn)生大幅度的震動。Ｓ＝ΔＶ／ΔＸ（式中ΔＶ為電壓變化，ΔＸ為相應(yīng)的梁端位移變化），并在標(biāo)下面作出Ｖ－Ｘ關(guān)系曲線。同上法，記下反向X(mm)及 V(mv)值。X(mm)正向位移V(mv)正向輸出退回測微頭至初始位置?！　　　　　　　　　　　　　　　　　。ǎ玻?F／V表打到2V，調(diào)節(jié)高竿測微頭下端緊貼震動平臺，旋轉(zhuǎn)測微頭使輸出值為零。所需單元及部件：電容傳感器、電壓放大器、低通濾波器、Ｆ／V表、激振器、示波器。當(dāng)安裝在振動臺上的動片，上下改變位置時，與兩組靜片之間的重疊面積發(fā)生變化，極間電容也發(fā)生相應(yīng)變化，成為差動電容。實驗原理：電容式傳感器有多種形式，本儀器為差動變面積式。 提示：從補償應(yīng)變片和受力應(yīng)變片所貼的位置點，梁的溫度梯度考慮。（8） 比較二種情況的F／V表數(shù)值：可以看出，在相同溫度下，補償后的數(shù)值小很多。關(guān)閉主、副電源，等待數(shù)分鐘使梁體冷卻到室溫?？煽吹紽／V表的顯示在隨著溫度上升而變化，溫度穩(wěn)定后，即F／V表顯示電位差值穩(wěn)定后，記下顯示數(shù)值，并用溫度計測出溫度，記下溫度值。（5） 在雙平行梁的自由端（可動端）裝上測微頭，并調(diào)節(jié)測微頭，使F／V表顯示值為零。關(guān)閉主、副電源，F(xiàn)／V表的切換開關(guān)置20V檔，拆去差動放大器輸入端的連線。（3） 開啟主、副電源，調(diào)節(jié)差放零點旋鈕，使F／V表顯示零。實驗步驟：（1） 了解加熱器在實驗儀所在的位置及加熱符號，加熱器封裝在雙平行的上片梁與下片梁之間，結(jié)構(gòu)為電阻絲。 有關(guān)旋鈕的初始位置：主、副電源關(guān)閉、直流穩(wěn)壓電源置177。溫度升降變化時，兩應(yīng)變片的電阻變化量（因材料相同，R4與ΔR3變化量）相等，橋路如原來是平衡的，則溫度變化后，R1R4=R2R3（即等式兩端的R4與R3等量變化，電橋仍滿足平衡條件，無漂移電壓輸出，由于補償片所貼位置與工作片成90度角，與橫梁垂直，所以補償片只感受溫度變化，而不感受懸臂梁的應(yīng)力變化。用補償片法是應(yīng)變電橋溫度補償方法中的一種，（）。 應(yīng)變片傳感器的溫度效應(yīng)及補償實驗實驗?zāi)康模毫私鉁囟葘?yīng)變測試系統(tǒng)的影響。4V不能打得過大，以免損壞應(yīng)變片或造成嚴(yán)重自熱效應(yīng)。(3) 在本實驗中只能將放大器接成差動形式，否則系統(tǒng)不能正常工作。注意事項：(1) 在更換應(yīng)變片時應(yīng)將電源關(guān)閉。建議每旋動測微頭一周即ΔX＝（旋轉(zhuǎn)1周），記錄一次位移以及電位差數(shù)值填入下表，填入下表：位移（mm）電壓（mv） (3) 保持差動放大器增益不變，R2兩個固定電阻換成另兩片受力應(yīng)變片，（即R1換成 ，R2換成 ，組橋時只要掌握對臂應(yīng)變片的受力方向相同，即R1,R3或R2,R4箭頭符號同向上或同向下，鄰臂應(yīng)變片的受力方向相反，即R1,R2或R3,R4箭頭符號反向即可，否則輸出相互抵消沒有電位差），接成一個直流全電橋，調(diào)節(jié)測微頭使梁到水平位置，調(diào)節(jié)電橋W1同樣使F／V表顯示零。實驗步驟：(1) 。有關(guān)旋鈕的初始位置：直流穩(wěn)壓電源打到177。由此可知，當(dāng)E和電阻相對變化一定時，電橋及電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無關(guān)。實驗原理：說明實際使用的應(yīng)變電橋的性能和原理。(2) 做此實驗時應(yīng)將低頻振蕩器的幅度關(guān)至最小，以減小其對直流電橋的影響。（7） 實驗完畢，關(guān)閉主、副電源，所有旋鈕轉(zhuǎn)到初始位置。（5）——往下或往上旋動測微頭，使梁的自由端產(chǎn)生位移，記下F／V表顯示的電位差數(shù)值。開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的W1，使F／V表顯示為零，然后將F／V表置2V檔，再調(diào)節(jié)電橋W1旋鈕（慢慢地調(diào)），使F／V表顯示為零。4V檔，F(xiàn)／V表置20V檔。(3) 根據(jù)圖１接線，其中RRR3為電橋單元的固定電阻，RX=R4為應(yīng)變片 （空白虛線電阻為空，既無元件）。(2) 將差動放大器調(diào)零：用連線將差動放大器的正（＋）、負（－）、地端短接（互連）。實驗步驟：(1) 了解所需單元、部件在實驗儀上的所在位置，觀察雙平行梁上的應(yīng)變片，應(yīng)變片為棕色襯底箔式結(jié)構(gòu)小方薄片。旋鈕初始位置：直流穩(wěn)壓電源打倒177。 電橋電路是最常用的非電量電測電路中的一種，當(dāng)電橋平衡時，橋路對臂電阻的乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個電阻R1，R2，R3，R4中，電阻的相對變化率分別為ΔR1/RΔR2/RΔR3/RΔR4/R4，當(dāng)使用一個應(yīng)變片時，ΣR=ΔR/R ，當(dāng)兩個應(yīng)變片組成差動狀態(tài)工作，則有ΣR=2ΔR/R，當(dāng)用四個應(yīng)變片組成兩個差動對工作，則有R1=R2=R3=R4=R ，Σ4ΔR/R，由此可知，單臂、半橋、全橋電路的靈敏度依次增大。 應(yīng)變片是最常用的測力傳感元件。59四、醫(yī)用傳感技術(shù)實驗實驗1 應(yīng)變片傳感器實驗(單臂電橋)實驗?zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片，單臂單橋的工作原理和工作情況。實驗原理：本實驗說明箔式應(yīng)變片傳感器以及單臂直流電橋電源的原理和工作情況。當(dāng)用應(yīng)變片測試時，應(yīng)變片要牢固地粘貼在測試體表面，當(dāng)測試件受力發(fā)生變形，應(yīng)變片的敏感柵隨同變形，其電阻也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，通過測量電路，轉(zhuǎn)換成電信號輸出。所需單元及部件：直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動放大器、雙平行梁、測微頭、一片應(yīng)變片、F/V表、主、副電源。2V檔，F(xiàn)/V表打到2V檔，差動放大增益旋鈕調(diào)到最大。上下二片梁的外表面各貼二片受力應(yīng)變片和一片補償應(yīng)變片，測微頭在雙平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右調(diào)節(jié)。將差動放大器的輸出端與F／V表的輸入插口Vi 相連；開啟主、副電源；調(diào)節(jié)差動放大器的增益到最大位置，然后調(diào)整差動放大器的調(diào)零旋鈕使F／V表顯示為零，關(guān)閉主、副電源。將穩(wěn)壓電源的切換開關(guān)置177。調(diào)節(jié)測微頭脫離雙平行梁（往上旋轉(zhuǎn)到離開）。 （4）將測微頭轉(zhuǎn)動到約10mm刻度附近，安裝到雙平行梁的自由端（與自由端磁鋼剛吸合），旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)測微頭支柱的高度（梁的自由端即右端跟隨變化）使F／V表電位差示數(shù)最小，再旋動測微頭，使F／V表顯示為零（細調(diào)零，F(xiàn)／V表要置2V檔），這時的測微頭刻度起點應(yīng)為零位的相應(yīng)刻度。建議每旋動測微頭一周即ΔX＝（旋轉(zhuǎn)1周），記錄一個數(shù)值填入下表：（測微尺的讀數(shù)：垂直刻度，每小格1mm,水平旋轉(zhuǎn)刻度，,旋轉(zhuǎn)1周=50小格=,旋轉(zhuǎn)2周=1mm）位移（mm）電壓（mv）（6） 據(jù)所得結(jié)果計算靈敏度S＝ΔV／ΔX（式中ΔX為梁的自由端位移變化，ΔV為相應(yīng)F／V表顯示的電位差的相應(yīng)變化值）。注意事項：(1) 電橋上端虛線所示的四個電阻實際上并不存在，僅作為一標(biāo)記，讓接線時組橋容易。思考題：(1) 本實驗電路對直流穩(wěn)壓電源和對放大器有何要求？ 應(yīng)變片的單臂、半橋、全橋比較實驗實驗?zāi)康模候炞C單臂、半橋、全橋的性能及相互之間的關(guān)系。已知單臂、半橋和全橋電路的ΣR分別為：ΣR=ΔR/R 、ΣR=2ΔR/R、Σ=4ΔR/R，根據(jù)戴維南定理可以得出測試電橋的輸出電壓近似等于1/4EΣR，電橋靈敏度KU=V/ΔR/R，于是，對應(yīng)單臂、半橋和全橋電路的電壓靈敏度分別為1/4E、1/2E和E。所需單元和部件：直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、電橋、F／V表、測微頭、雙平行梁、應(yīng)變片、主、副電源。2V檔，F(xiàn)／V表打到2V檔，差動放大器增益打到最大。位移（mm）電壓（mv）(2) 保持差動放大器增益不變， ，即取二片受力方向不同的應(yīng)變片形成半橋，調(diào)節(jié)測微頭使梁處于水平位置（目測），調(diào)節(jié)電橋W1使F／V表顯示初始測量電位差為零，（3）往下或往上旋動測微頭，使梁的自由端產(chǎn)生位移，記下F／V表顯示的電位差數(shù)值。重復(fù)（3）過程將讀出數(shù)據(jù)填入下表：位移（mm）電壓（mv）(7) 在上頁空白處以及實驗報告中用同一坐標(biāo)上描出XV曲線，比較三種接法的靈敏度。(2) 在實驗過程中如有發(fā)現(xiàn)電壓表發(fā)生過載，應(yīng)將電壓量程擴大。(4) 直流穩(wěn)壓電源177。(1) 接全橋時請注意區(qū)別各片子的工作狀態(tài)方向。實驗原理：溫度變化引起的應(yīng)變片阻值發(fā)生變化的原因是應(yīng)變片電阻絲的溫度系數(shù)及電阻絲在測試中膨脹系數(shù)不同，由此引起測試系統(tǒng)輸出電壓發(fā)生變化。若電橋中R4為工作片 或 ，R3為補償片 或 ，當(dāng)R4=R3時（工作片與補償片材料性質(zhì)一樣，但貼放在橫梁位置相差90度角）。 所需單元和部件：可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、－15V不可調(diào)直流穩(wěn)電源、電橋、差動放大器、F／V表、測微頭、加熱器、雙平行梁、溫度計、主、副電源。4V檔，F(xiàn)／V表置20V檔，差動放大器增益旋鈕置最大。（2） 將差動放大器的（＋）、（－）輸入端與地短接，輸出端插口與F／V表的輸入插口Vi相連。再把F／V表的切換開關(guān)置2V檔，細調(diào)差放零點，使F／V表顯示零。（4） ，開啟主副電源，調(diào)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)的W1電位器，使F／V表顯示值為零，然后將F／V表的切換開關(guān)置2V檔,調(diào)W1電位器，使F／V表顯示值為零。（6） 將－15V電源連到加熱器（面板上找相應(yīng)的文字與符號）的一端插口，加熱器另一端插口接地，觀察無溫度補償片工作時溫升對單臂應(yīng)變片的影響。（注意：溫度計探頭不要觸在應(yīng)變片上，只要觸及應(yīng)變片附近的梁體即可）。（7） 將F／V表的切換開關(guān)置20V檔，把圖中的R3換成 應(yīng)變片補償片，重復(fù)（4）到（6）的過程。（9） 實驗完畢，關(guān)閉主、副電源，所有旋鈕轉(zhuǎn)至初始位置， 思考題：為什么不能完全補償。實驗2 差動變面積式電容傳感器的靜態(tài)及動態(tài)特性實驗 2 .1 差動變面積式電容傳感器的靜態(tài)特性實驗實驗?zāi)康模毫私獠顒幼兠娣e式電容傳感器的原理及其特性。傳感器由兩組定片和一組動片組成。如果將上層定片與動片形成的電容定位CX1，下層定片與動片形成的電容定位CX2，當(dāng)CX1與CX2接入橋路作為相鄰兩臂時，橋路的輸出電壓與電容量的變化有關(guān)，即與振動平臺的位移有關(guān)。有關(guān)旋鈕的初始位置：放大器幅度旋鈕置于中間，直流穩(wěn)壓電源置于２Ｖ檔，實驗步驟：（１） 。（３） 正向轉(zhuǎn)動測微頭,（旋轉(zhuǎn)1周），記下此時測微頭的讀數(shù)及電壓表的正向讀數(shù)，直至電容動片與靜片復(fù)蓋面積最大（既輸出電壓正向最大值）為止。并開始以相反方向旋動。X(mm)反向位移V(mv)反向輸出（４） 計算系統(tǒng)靈敏度Ｓ。 2 .2 差動變面積式電容傳感器的動態(tài)特性實驗在上述實驗的基礎(chǔ)上，手動分離震動平臺與高竿測微頭，斷開電壓表，關(guān)閉主電源。（２） 打開主副電源，開啟示波器，記下低通濾波器的輸入（高頻200KHz+低頻（〈50Hz混頻）及輸出（低頻50Hz）波形和頻率。實驗3 熱電偶、熱敏電阻、熱釋電傳感器實驗 3 .1 熱電偶傳感器原理驗證實驗實驗?zāi)康模毫私鉄犭娕嫉脑砑艾F(xiàn)象實驗原理：熱電偶的基本工作原理是熱電效應(yīng)，兩種不同的導(dǎo)體互相焊接成閉合回路時，當(dāng)兩個接點溫度不同時，回路中就會產(chǎn)生電流，這一現(xiàn)象稱作熱電效應(yīng)，產(chǎn)生電流的電動勢叫做熱電勢。即熱端冷端的溫度不同時，通過測量此電動勢即可知道兩端的溫差。本儀器中的熱電偶類型為銅康銅熱電偶。實驗步驟：（1） 了解熱電偶原理：具體熱電偶原理可參考教課書。實驗儀有二個熱電偶，它封裝在雙平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中間二根細金屬絲焊成的一點，就是熱電偶）和下片梁的下表面，二個熱電偶串聯(lián)在一起產(chǎn)生熱電勢為二者的總和。（4）將－15V直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端接地，觀察F／V表顯示值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時記錄下F／V表顯示的讀數(shù)E。（注意：溫度計的測溫探頭不要觸到應(yīng)變片，只要觸及熱電偶處附近的梁體即可）。 tn熱電偶的冷端（自由端即熱電勢輸出端）溫度也就是室溫。Eab(t,tn)=(Ｆ/Ｖ顯示數(shù)值E)/100*2(100為差動放大器的放大倍數(shù)，2為二個熱電偶串聯(lián))。3． 計算：熱端溫度為t，冷端溫度為0℃時的熱電勢，Eab(t,to),根據(jù)計算結(jié)果，查分度表得到溫度t。（注意：本實驗儀所配的熱電偶為簡易熱電偶、并非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，只要了解熱電勢現(xiàn)象即可）。 思考題：（１） 為什么差動放大器接入熱電偶后需再調(diào)差放零點？