【正文】 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) 。 (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≈dρ?ρ。(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= 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。 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。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)）。 εL= μεr 由材料力學(xué)得：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εL。應(yīng)變片的電阻應(yīng)變效應(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)”。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)變片將彈性元件的變形轉(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。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。六、隨機(jī)附件詳見裝箱清單。如果實(shí)驗(yàn)臺(tái)長(zhǎng)期未通電使用，在實(shí)驗(yàn)前先通電十分鐘預(yù)熱，再檢查按一次漏電保護(hù)按鈕是否有效。在更換接線時(shí)，應(yīng)斷開電源，只有在確保接線無誤后方可接通電源。請(qǐng)勿將主機(jī)箱的177。嚴(yán)禁用酒精、有機(jī)溶劑或其它具有腐蝕性溶液擦洗主機(jī)箱及面板。如都正常，則更換溫度源?！　、恰≌駝?dòng)源不工作，檢查主機(jī)箱面板上的低頻振蕩器有無輸出，如無輸出，更換信號(hào)板；如有輸出，更換振動(dòng)源的振蕩線圈。如都正常，則更換主機(jī)箱中主機(jī)電源。?、啤?shí)驗(yàn)完畢要將傳感器、配件及連線全部整理放置好。數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件使用方法另附說明?！　∽雒總€(gè)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先閱讀實(shí)驗(yàn)指南，每個(gè)實(shí)驗(yàn)均應(yīng)在斷開電源的狀態(tài)下按實(shí)驗(yàn)線路接好連接線（實(shí)驗(yàn)中用到可調(diào)直流電源時(shí)，應(yīng)在該電源調(diào)到實(shí)驗(yàn)值后再接到實(shí)驗(yàn)線路中），檢查無誤后方可接通電源。2V檔；其余旋鈕都打到中間位置。二、電路原理實(shí)驗(yàn)電路原理已印刷在面板上(實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳? ，實(shí)驗(yàn)接線圖參見文中的具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容?！　?shù)據(jù)采集處理軟件，另附。　　調(diào)理電路(實(shí)驗(yàn)?zāi)０?：基本型有電橋及調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)、差動(dòng)放大器、電壓放大器、電荷放大器、電容變換器、電渦流變換器、光電變換器、溫度變換器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器。m)、超聲位移傳感器(200～1500mm)、PSD位置傳感器(177。1mm)、霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器(2400轉(zhuǎn)/分)、磁電轉(zhuǎn)速傳感器(250轉(zhuǎn)/分～2400轉(zhuǎn)/分)、壓電式傳感器、電渦流傳感器(1mm)、光纖位移傳感器(1mm)、光電轉(zhuǎn)速傳感器(2400轉(zhuǎn)/分)、集成溫度(AD590)傳感器(室溫～120℃)、K熱電偶(室溫～150℃)、E熱電偶(室溫～150℃)、Pt100鉑電阻(室溫～150℃)、Cu50銅電阻(室溫～100℃)、濕敏傳感器(10～95％RH)、氣敏傳感器(50～99VJppm)等。4mm)、電容式位移傳感器(177。 氣壓源：0～20Kpa（連續(xù)可調(diào)）。振動(dòng)源（動(dòng)態(tài)應(yīng)變振動(dòng)梁與振動(dòng)臺(tái)）：振動(dòng)頻率3Hz～30Hz可調(diào)（諧振頻率9Hz～12 Hz左右）；轉(zhuǎn)動(dòng)源：手動(dòng)控制0轉(zhuǎn)/分～2400轉(zhuǎn)／分、自動(dòng)控制300～2200轉(zhuǎn)／分。其中，直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器、低頻振蕩器都具有過載保護(hù)功能，在排除接線錯(cuò)誤后重新開機(jī)恢復(fù)正常工作。2V～177。15V、177。TVT－99VJ型傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)說　　　明　　　書一、實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成TVT－99VJ型傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)由主機(jī)箱、傳感器、實(shí)驗(yàn)電路(實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、轉(zhuǎn)動(dòng)源、振動(dòng)源、溫度源、數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件、實(shí)驗(yàn)桌等組成。TVT99VJ實(shí)驗(yàn)指南TVT－99VJ型傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)說明書目 錄TVT－99VJ型傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)說明書 …………………4示范實(shí)驗(yàn)?zāi)夸?9VJ系列基本實(shí)驗(yàn)舉例實(shí)驗(yàn)一 應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn) …………………………………7實(shí)驗(yàn)二 應(yīng)變片半橋性能實(shí)驗(yàn) ………………………………………13實(shí)驗(yàn)三 應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn) ………………………………………14實(shí)驗(yàn)四 應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較實(shí)驗(yàn) …………………16實(shí)驗(yàn)五 應(yīng)變片直流全橋的應(yīng)用—電子秤實(shí)驗(yàn) ……………………17實(shí)驗(yàn)六 應(yīng)變片溫度影響實(shí)驗(yàn) ………………………………………18實(shí)驗(yàn)七 移相器、相敏檢波器實(shí)驗(yàn) …………………………………19實(shí)驗(yàn)八 應(yīng)變片交流全橋(應(yīng)變儀)的應(yīng)用—振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)…………23實(shí)驗(yàn)九 壓阻式壓力傳感器測(cè)量壓力特性實(shí)驗(yàn)………………………26*實(shí)驗(yàn)十 壓阻式壓力傳感器應(yīng)用—壓力計(jì)實(shí)驗(yàn)………………………28實(shí)驗(yàn)十一 差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)………………………………………28實(shí)驗(yàn)十二 激勵(lì)頻率對(duì)差動(dòng)變壓器特性影響實(shí)驗(yàn) ……………………33實(shí)驗(yàn)十三 差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償實(shí)驗(yàn) ………………………34實(shí)驗(yàn)十四 差動(dòng)變壓器測(cè)位移特性實(shí)驗(yàn) ………………………………35實(shí)驗(yàn)十五 差動(dòng)變壓器的應(yīng)用—振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn) ………………………37實(shí)驗(yàn)十六 電容式傳感器測(cè)位移特性實(shí)驗(yàn) ……………………………39實(shí)驗(yàn)十七 線性霍爾傳感器測(cè)位移特性實(shí)驗(yàn) …………………………41實(shí)驗(yàn)十八 線性霍爾傳感器交流激勵(lì)時(shí)位移特性實(shí)驗(yàn)…………………44實(shí)驗(yàn)十九 開關(guān)式霍爾傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)………………………………46實(shí)驗(yàn)二十 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn) ……………………………47實(shí)驗(yàn)二十一 壓電式傳感器測(cè)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)……………………………………49實(shí)驗(yàn)二十二 電渦流傳感器測(cè)量位移特性實(shí)驗(yàn)……………………………53實(shí)驗(yàn)二十三 被測(cè)體材質(zhì)對(duì)電渦流傳感器特性影響實(shí)驗(yàn)…………………56實(shí)驗(yàn)二十四 被測(cè)體面積大小對(duì)電渦流傳感器特性影響實(shí)驗(yàn)……………57實(shí)驗(yàn)二十五 電渦流傳感器測(cè)量振動(dòng)實(shí)驗(yàn)…………………………………58實(shí)驗(yàn)二十六 光纖位移傳感器測(cè)位移特性實(shí)驗(yàn)……………………………59實(shí)驗(yàn)二十七 光電傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)……………………………………62實(shí)驗(yàn)二十八 光電傳感器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn) ……………………………63實(shí)驗(yàn)二十九 溫度源的溫度調(diào)節(jié)控制實(shí)驗(yàn) ………………………………71實(shí)驗(yàn)三十 Pt100鉑電阻測(cè)溫特性實(shí)驗(yàn) …………………………………75實(shí)驗(yàn)三十一 Cu50銅電阻測(cè)溫特性實(shí)驗(yàn) …………………………………81實(shí)驗(yàn)三十二 K熱電偶測(cè)溫特性實(shí)驗(yàn) ………………………………………83實(shí)驗(yàn)三十三 K熱電偶冷端溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)…………………………………88實(shí)驗(yàn)三十四 E熱電偶測(cè)溫特性實(shí)驗(yàn)………………………………………92實(shí)驗(yàn)三十五 集成溫度傳感器(AD590)的溫度特性實(shí)驗(yàn) …………………93實(shí)驗(yàn)三十六 氣敏傳感器實(shí)驗(yàn)………………………………………………96 實(shí)驗(yàn)三十七 濕度傳感器實(shí)驗(yàn) ……………………………………………97實(shí)驗(yàn)三十八 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)—靜態(tài)舉例 ……………………………99實(shí)驗(yàn)三十九 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)—?jiǎng)討B(tài)舉例 ……………………………101備注：帶＊號(hào)實(shí)驗(yàn)為思考實(shí)驗(yàn)；學(xué)生也可以參考示范實(shí)驗(yàn)例子組建開發(fā)其它實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。同類型傳感器實(shí)驗(yàn)方法及接線方式都很類似。主機(jī)箱：提供高穩(wěn)定的177。5V、＋5V、177。10V（步進(jìn)可調(diào)）、＋2V～＋24V（連續(xù)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源；音頻信號(hào)源（音頻振蕩器）1KHz～10KHz（連續(xù)可調(diào)）；低頻信號(hào)源（低頻振蕩器）1Hz～30Hz（連續(xù)可調(diào)）；傳感器信號(hào)調(diào)理電路；智能調(diào)節(jié)儀；計(jì)算機(jī)通信口；主機(jī)箱上裝有電壓、氣壓等相關(guān)數(shù)顯表。主機(jī)箱右側(cè)面裝有供電電源插板及漏電保護(hù)開關(guān)。溫度源：常溫～200℃。　　傳感器：基本型有箔式應(yīng)變片(350Ω)傳感器(秤重200g)、擴(kuò)散硅壓力傳感器(20Kpa)、差動(dòng)變壓器(177。)、霍爾式位移傳感器(177?！　≡鰪?qiáng)型：基本型基礎(chǔ)上可選配扭矩傳感器(25N2mm)、CCD電荷耦合器件、光柵位移傳感器(25mm)、紅外熱釋電傳感器、指紋傳感器(演示)等。增強(qiáng)型增加與選配傳感器配套的實(shí)驗(yàn)?zāi)０??！　?shí)驗(yàn)臺(tái)：尺寸為1600800750mm，實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌上預(yù)留了計(jì)算機(jī)及示波器安放位置。三、使用方法開機(jī)前將電壓表顯示選擇旋鈕打到2V檔；電流表顯示選擇旋鈕打到200mA檔；步進(jìn)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源旋鈕打到177?！　C　220V電源線插頭插入市電插座中，合上電源開關(guān)，數(shù)顯表顯示0000，表示實(shí)驗(yàn)臺(tái)已接通電源。合上調(diào)節(jié)儀(器)電源開關(guān)，設(shè)置調(diào)節(jié)儀(器)參數(shù)；調(diào)節(jié)儀(器)的PV窗顯示測(cè)量值；SV窗顯示設(shè)定值(具體內(nèi)容參見實(shí)驗(yàn))。四、儀器維護(hù)及故障排除　維護(hù)?、拧》乐褂参镒矒?、劃傷實(shí)驗(yàn)臺(tái)面；防止傳感器跌落地面。　故障排除⑴　開機(jī)后數(shù)顯表都無顯示，應(yīng)查AC　220V電源有否接通；主機(jī)箱側(cè)面AC　220V 插座中的保險(xiǎn)絲是否燒斷?！　、啤∞D(zhuǎn)動(dòng)源不工作，則手動(dòng)輸入＋12V電壓，如不工作，更換轉(zhuǎn)動(dòng)源；如工作正常，應(yīng)查調(diào)節(jié)儀設(shè)置是否準(zhǔn)確；控制輸出Vo有無電壓，如無電壓，更換主機(jī)箱中的轉(zhuǎn)速控制板?！　、取囟仍床还ぷ鳎瑱z查溫度源電源開關(guān)有否打開；溫度源的保險(xiǎn)絲是否燒斷；調(diào)節(jié)儀設(shè)置是否準(zhǔn)確。五、注意事項(xiàng)在實(shí)驗(yàn)前務(wù)必詳細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)指南。請(qǐng)勿將主機(jī)箱的電源、信號(hào)源輸出端與地（⊥）短接，因短接時(shí)間長(zhǎng)易造成電路故障。電源引入實(shí)驗(yàn)電路時(shí)接錯(cuò)。實(shí)驗(yàn)完畢后，請(qǐng)將傳感器及附件放回原處。實(shí)驗(yàn)接線時(shí)，要握住手柄插拔實(shí)驗(yàn)線，不能拉扯實(shí)驗(yàn)線。 示范實(shí)驗(yàn)舉例實(shí)驗(yàn)一 應(yīng)變片單臂電橋性能實(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。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。它可用于能轉(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。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ρ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ρ的變化為dL、dA、dρ相應(yīng)的電阻變化為dR。 dr/r為導(dǎo)體的橫向應(yīng)變量εr (1—3)式中：μ為材料的泊松比，～；負(fù)號(hào)表示兩者的變化方向相反。應(yīng)變靈敏度 金屬導(dǎo)體的電阻應(yīng)變靈敏度一般在2左右。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)比金屬導(dǎo)體顯著得多的壓阻效應(yīng)。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)。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）很少應(yīng)用。＊本實(shí)驗(yàn)以金屬箔式應(yīng)變片為研究對(duì)象。(a) 絲式應(yīng)變片 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)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為： ΔR／R＝Kε 式中：ΔR／R為電阻絲電阻相對(duì)變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù),ε=ΔL/L為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。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)。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?；倦娐啡鐖D1—2（a）、（b）、（c）所示。則Uo≈(1／4)(△R1／R1)E＝(1／4)(△R／R)E＝(1／4)KεE(b)、雙臂(半橋)同理:Uo≈(1／2)(△R／R)E＝(1／2)KεE(C)、全橋同理:Uo≈(△R／R)E＝KεE箔式應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)原理圖 圖1—3 應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)原理圖圖中RRR7為350Ω固定電阻，R1為應(yīng)變片； RW1和R8組成電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)，E為供橋電源177。橋路輸出電壓Uo≈(1／4)(△R4／R4)E＝(1／4)(△R／R)E＝(1／4)KεE 。三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的177。10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、177。四、實(shí)驗(yàn)步驟：應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逭f明：應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逵蓱?yīng)變式雙孔懸臂梁載荷傳感器（稱重傳感器）、加熱器+5V電源輸入口、多芯插頭、應(yīng)變片測(cè)量電路、差動(dòng)放大器組成。加熱器+5V是傳感器上的加熱器的電源輸入口，做應(yīng)變片溫度影響實(shí)驗(yàn)時(shí)用。將托盤安裝到傳感器上，如圖1—4所示。在傳感器的托盤上放置10只砝碼后再分別測(cè)量RRRR4的阻值變化，分析應(yīng)變片的受力情況（受拉的應(yīng)變片：阻值變大，受壓的應(yīng)變片：阻值變小。圖1—5測(cè)量應(yīng)變片的阻值示意圖實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械牟顒?dòng)放大器調(diào)零：按圖1—6示意接線，將主機(jī)箱上的電壓表量程切換開關(guān)切換到2V檔，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3合適位置(先順時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底，再逆時(shí)針回轉(zhuǎn)1圈)后，再調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。2V～177。4V檔。圖1—7應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)接線示意圖表1 應(yīng)變