【正文】 片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重量(g)0電壓(mV)0根據(jù)表1數(shù)據(jù)作出曲線并計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S＝ΔV/ΔW（ΔV輸出電壓變化量，ΔW重量變化量）和非線性誤差δ，δ=Δm/yFS 100％式中Δm為輸出值（多次測量時(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200g。實(shí)驗(yàn)二 應(yīng)變片半橋性能實(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。應(yīng)變片半橋特性實(shí)驗(yàn)原理如圖2—1所示。其橋路輸出電壓Uo≈(1／2)(△R／R)E＝(1／2)KεE 。2V～177。15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⑼斜P、砝碼。 關(guān)閉主機(jī)箱電源，除將圖1—7改成圖2—2示意圖接線外，其它按實(shí)驗(yàn)一中的步驟4實(shí)驗(yàn)。圖2—2 應(yīng)變片半橋?qū)嶒?yàn)接線示意圖表2 應(yīng)變片半橋?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)重量(g)0電壓(mV)0根據(jù)表2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出實(shí)驗(yàn)曲線，計(jì)算靈敏度S＝ΔV/ΔW，非線性誤差δ。 五、思考題：半橋測量時(shí)兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時(shí)，應(yīng)放在：（1）對邊（2）鄰邊。二、基本原理：應(yīng)變片基本原理參閱實(shí)驗(yàn)一。應(yīng)變片全橋測量電路中，將應(yīng)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。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性得到改善。2V～177。15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤、砝碼。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。*實(shí)驗(yàn)四 應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較一、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。Uo≈(1／4)(△R1／R1)E所以電橋的電壓靈敏度:S＝Uo／(△R1／R1)≈kE＝(1／4)E(b)、同理:Uo≈(1／2)(△R1／R1)ES＝(1／2)E(C)、同理:Uo≈(△R1／R1)E S＝E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：根據(jù)實(shí)驗(yàn)一、二、三所得的單臂、半橋和全橋輸出時(shí)的靈敏度和非線性度，從理論上進(jìn)行分析比較。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。二、基本原理：常用的稱重傳感器就是應(yīng)用了箔式應(yīng)變片及其全橋測量電路。本實(shí)驗(yàn)只做放大器輸出Vo實(shí)驗(yàn)，通過對電路的標(biāo)定使電路輸出的電壓值為重量對應(yīng)值，電壓量綱（V）改為重量量綱（g）即成為一臺原始電子秤。2V～177。15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⑼斜P、砝碼。關(guān)閉主機(jī)箱電源，按圖3—2 （應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)接線示意圖）示意接線，將177。10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到177。檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主機(jī)箱電壓表顯示為零；將10只砝碼全部置于傳感器的托盤上，調(diào)節(jié)電位器RW3（增益即滿量程調(diào)節(jié)）(2V檔測量)。重復(fù)4步驟的標(biāo)定過程，一直到精確為止，把電壓量綱V改為重量綱g，將砝碼依次放在托盤上稱重；放上筆、鑰匙之類的小東西稱一下重量。 實(shí)驗(yàn)六 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?yīng)變片測試系統(tǒng)的影響。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（或被測試件）的線膨脹系數(shù)不一致會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)變。三、需用器件與單元：主機(jī)箱中177。10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、177。四、實(shí)驗(yàn)步驟：按照實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)。將主機(jī)箱中直流穩(wěn)壓電源+5V、⊥接于實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓募訜崞?5V、⊥插孔上，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 ,UotUo1即為溫度變化的影響。實(shí)驗(yàn)七 移相器、相敏檢波器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私庖葡嗥?、相敏檢波器的工作原理。圖中，ICRRRC1 圖7—1 移相器原理圖與模板上的面板圖構(gòu)成一階移相器（超前），在R2=R1的條件下，可證明其幅頻特性和相頻特性分別表示為： KF1(jω)=Vi/V1=(1jωR3C1)/(1+jωR3C1) KF1(ω)=1ΦF1(ω)=л2tg1ωR3C1其中： ω=2лf,f為輸入信號頻率。根據(jù)相頻特性公式，相移角度的大小和信號頻率f及電路中阻容元件的數(shù)值有關(guān)。相敏檢波器工作原理：圖7—2為相敏檢波器（開關(guān)式）原理圖與實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系拿姘鍒D。圖7—2 相敏檢波器原理圖與模板上的面板圖原理圖中各元器件的作用：C51交流耦合電容并隔離直流；IC51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）；D51二極管箝位得到合適的開關(guān)波形V7≤0V（0 ～ 14V）；Q51是結(jié)型場效應(yīng)管，工作在開、關(guān)狀態(tài)；IC52工作在倒相器、跟隨器狀態(tài)；R56限流電阻起保護(hù)集成塊作用。當(dāng)V7＝0V時(shí)，Q51導(dǎo)通，使IC52同相輸入5端接地成為倒相器，即V3＝V1；當(dāng)V7＜0V時(shí)，Q51截止（相當(dāng)于斷開），IC52成為跟隨器，即V3＝V1。下圖7—3為相敏檢波器的工作時(shí)序圖。2V～177。15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器；移相器/相敏檢波器/低通濾波器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?；雙蹤示波器(自備)。圖7—4移相器實(shí)驗(yàn)接線圖正確選擇雙線（雙蹤）示波器的“觸發(fā)”方式及其它設(shè)置(提示：觸發(fā)源選擇內(nèi)觸發(fā)CH水平掃描速度TIME/DIV ～10181。垂直顯示方式為雙蹤顯示DUAL、垂直輸入耦合方式選擇交流耦合AC、靈敏度VOLTS/DIV在1V～5V范圍內(nèi)選擇)，調(diào)節(jié)移相器模板上的移相電位器（旋鈕），用示波器測量波形的相角變化。改變輸入信號頻率為ｆ=9kHz，再次測試相應(yīng)的ΦＦ和△ΦＦ。（二）相敏檢波器實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)音頻振蕩器的幅度為最?。ǚ刃o逆時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底），將177。10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到177。按圖7—5示意接線，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率f=5kHz，峰峰值Vpp=5V（用示波器測量）；結(jié)合相敏檢波器工作原理，分析觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形關(guān)系(跟隨關(guān)系，波形相同)。圖7—5相敏檢波器跟隨、倒相實(shí)驗(yàn)接線示意圖將相敏檢波器的DC參考電壓改接到2V(Vout)，調(diào)節(jié)相敏檢波器的電位器鈕使示波器顯示的兩個(gè)波形幅值相等(相敏檢波器電路已調(diào)整完畢，以后不要觸碰這個(gè)電位器鈕)，觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形關(guān)系(倒相作用，反相波形)。按圖7—6示意圖接線，合上主機(jī)箱電源，調(diào)節(jié)移相電位器鈕(相敏檢波器電路上一步已調(diào)好不要?jiǎng)?，結(jié)合相敏檢波器的工作原理，分析觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形關(guān)系。圖7—6相敏檢波器檢波實(shí)驗(yàn)接線示意圖將相敏檢波器的AC參考電壓改接到180176。關(guān)閉電源。作出相敏檢波器的工作時(shí)序波形，能理解相敏檢波器同時(shí)具有鑒幅、鑒相特性嗎?實(shí)驗(yàn)八 應(yīng)變片交流全橋的應(yīng)用(應(yīng)變儀)—振動(dòng)測量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饫脩?yīng)變交流電橋測量振動(dòng)的原理與方法。當(dāng)振動(dòng)源上的振動(dòng)臺受到F(t)作用而振動(dòng)，使粘貼在振動(dòng)梁上的應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變信號dR/R，應(yīng)變信號dR/R由振蕩器提供的載波信號經(jīng)交流電橋調(diào)制成微弱調(diào)幅波，再經(jīng)差動(dòng)放大器放大為u1(t)，u1(t)經(jīng)相敏檢波器檢波解調(diào)為u2(t)，u2(t)經(jīng)低通濾波器濾除高頻載波成分后輸出應(yīng)變片檢測到的振動(dòng)信號u3(t)(調(diào)幅波的包絡(luò)線)，u3(t)可用示波器顯示。這也是實(shí)際應(yīng)用中的動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀原理。2V～177。15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器、低頻振蕩器；應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、移相器／相敏檢波器／低通濾波器模板、振動(dòng)源、雙蹤示波器（自備）、萬用表（自備）。S范圍內(nèi)選擇、觸發(fā)方式選擇AUTO 。調(diào)節(jié)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），將177。10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到177。按圖8—2示意接線，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率f=1kHz，峰峰值Vpp=5V（用示波器測量）；調(diào)節(jié)相敏檢波器的電位器鈕使示波器顯示幅值相等、相位相反的兩個(gè)波形(相敏檢波器電路已調(diào)整完畢，以后不要觸碰這個(gè)電位器鈕)。圖8—2相敏檢波器電路調(diào)試接線示意圖將主機(jī)箱上的音頻振蕩器、低頻振蕩器的幅度逆時(shí)針慢悠悠轉(zhuǎn)到底(無輸出)，再按圖8—3示意接線(接好交流電橋調(diào)平衡電路及系統(tǒng)，應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腞RWC、RW2為交流電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)，將振動(dòng)源上的應(yīng)變輸出插座用專用連接線與應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系膽?yīng)變插座相連，因振動(dòng)梁上的四片應(yīng)變片已組成全橋，引出線為四芯線，直接接入實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳弦雅c電橋模型相連的應(yīng)變插座上。圖8—3 應(yīng)變交流全橋振動(dòng)測量實(shí)驗(yàn)接線示意圖注：傳感器專用插頭(黑色航空插頭)的插、拔法：插頭要插入插座時(shí)，只要將插頭上的凸鎖對準(zhǔn)插座的平缺口稍用力自然往下插；插頭要拔出插座時(shí)，必須用大姆指用力往內(nèi)按住插頭上的凸鎖同時(shí)往上拔。（2）用示波器監(jiān)測相敏檢波器的輸出(圖中低通濾波器輸出中接的示波器改接到相敏檢波器輸出)，用手按下振動(dòng)平臺的同時(shí)（振動(dòng)梁受力變形、應(yīng)變片也受到應(yīng)力作用）仔細(xì)調(diào)節(jié)移相器旋鈕，使示波器顯示的波形為一個(gè)全波整流波形。調(diào)節(jié)低頻振蕩器幅度旋鈕和頻率(8Hz左右)旋鈕，使振動(dòng)平臺振動(dòng)較為明顯。低頻振蕩器幅度(幅值)不變，調(diào)節(jié)低頻振蕩器頻率(3Hz～25Hz)，每增加2Hz用示波器讀出低通濾波器輸出Vo的電壓峰－峰值，填入表8畫出實(shí)驗(yàn)曲線，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得振動(dòng)梁的諧振頻率為 。表8應(yīng)變交流全橋振動(dòng)測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)f(Hz) Vo(pp) 實(shí)驗(yàn)九 壓阻式壓力傳感器測量壓力特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈹U(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器測量壓力的原理和標(biāo)定方法。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)散出多個(gè)半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜（擴(kuò)散出P型或N型電阻條）組成電橋。圖9—1為壓阻式壓力傳感器壓力測量實(shí)驗(yàn)原理圖。15V、177。10V（步進(jìn)可調(diào)）；壓阻式壓力傳感器、壓力傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、引壓膠管。具體接線見圖9—2。2V～177。4V檔。合上主機(jī)箱電源開關(guān)，仔細(xì)調(diào)節(jié)RW2使主機(jī)箱電壓表顯示為零。調(diào)節(jié)流量計(jì)旋鈕，使氣壓表顯示某一值，觀察電壓表顯示的數(shù)值。 表8壓阻式壓力傳感器測壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)P(kPa)Vo(pp)畫出實(shí)驗(yàn)曲線計(jì)算本系統(tǒng)的靈敏度和非線性誤差。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。實(shí)驗(yàn)十一 差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒?dòng)變壓器的工作原理和特性。差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)如圖11—1所示，由一個(gè)一次繞組1和二個(gè)二次繞組3及一個(gè)銜鐵4組成。由于把二個(gè)二次繞組反向串接（＊同名端相接），以差動(dòng)電勢輸出，所以把這種傳感器稱為差動(dòng)變壓器式電感傳感器，通常簡稱差動(dòng)變壓器。圖中U1為一次繞組激勵(lì)電壓；MM2分別為一次繞組與兩個(gè)二次繞組間的互感：LR1分別為一次繞組的電感和有效電阻；L2L22分別為兩個(gè)二次繞組的電感；R2R22分別為兩個(gè)二次繞組的有效電阻。由于兩個(gè)二次繞組反向串接，所以差動(dòng)輸出電動(dòng)勢為零。在傳感器的量程內(nèi)，銜鐵位移越大，差動(dòng)輸出電動(dòng)勢就越大。因此通過差動(dòng)變壓器輸出電動(dòng)勢的大小和相位可以知道銜鐵位移量的大小和方向。由于二次繞組反向串接，所以輸出總電動(dòng)勢為：其有效值為：差動(dòng)變壓器的輸出特性曲線如圖11—、E22分別為兩個(gè)二次繞組的輸出感應(yīng)電動(dòng)勢，E2為差動(dòng)輸出電動(dòng)勢，x表示銜鐵偏離中心位置的距離。E0為零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢，這是由于差動(dòng)變壓器制作上的不對稱以及鐵心位置等因素所造成的。為了減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢可采取以下方法：圖11—3磁性材料要經(jīng)過處理，消除內(nèi)部的殘余應(yīng)力，使其性能均勻穩(wěn)定。既可判別銜鐵移動(dòng)方向又可改善輸出特性，減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢。圖11—4是其中典型的幾種減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢的補(bǔ)償電路。(a) (b) (c)圖11—415V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器；差動(dòng)變壓器、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉y微頭、雙蹤示波器。測微頭讀數(shù)與使用：測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(1mm／格)，另一排是半毫米刻線(／格)；微分筒前部圓周表面上刻有50等分的刻線(／格)。微分筒每轉(zhuǎn)過1格，這也叫測微頭的分度值。測微頭使用：測微頭在實(shí)驗(yàn)中是用來產(chǎn)生位移并指示出位移量的工具。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)測微頭的微分筒時(shí)，被測體就會(huì)隨測桿而位移。實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腖1為差動(dòng)變壓器的初級線圈，LL3為次級線圈，＊號為同名端；L1的激勵(lì)電壓必須從主機(jī)箱中音頻振蕩器的Lv端子引入。S范圍內(nèi)選擇、觸發(fā)方式選擇AUTO 。圖11—6差動(dòng)變壓器性能實(shí)驗(yàn)安裝、接線示意圖差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)：使用測微頭時(shí)，當(dāng)來回調(diào)節(jié)微分筒使測桿產(chǎn)生位移的過程中本身存在機(jī)械回程差，為消除這種機(jī)械回差可用如下a、b兩種方法實(shí)驗(yàn)，建議用b方法可以檢測到差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓附近的死區(qū)范圍。松開安裝測微頭的緊固螺釘，移動(dòng)測微頭的安裝套使示波器第二通道顯示的波形Vpp(峰峰值)為較小值(越小越好，變壓器鐵芯大約處在中間位置)時(shí)，擰緊緊固螺釘。這時(shí)可假設(shè)其中一個(gè)方向?yàn)檎灰?，另一個(gè)方向位移為負(fù)，從Vpp最小開始旋動(dòng)測微頭的微分筒，每隔△X=(可取30點(diǎn)值)從示波器上讀出輸出電壓Vpp值，填入下表4，再將測位頭位移退回到Vpp最小處開始反方向(也取30點(diǎn)值)做相同的位移實(shí)驗(yàn)。⑵當(dāng)一個(gè)方向行程實(shí)驗(yàn)結(jié)束，做另一方向時(shí)，測微頭回到Vpp最小處時(shí)它的位移讀數(shù)有變化(沒有回到原來起始位置)是正常的，做實(shí)驗(yàn)時(shí)位移取相對變化量△X為定值，與測微頭的起始點(diǎn)定在哪一根刻度線上沒有關(guān)系，只要中途測微頭微分筒不回調(diào)就不會(huì)引起機(jī)械回程誤差。松開安裝測微頭的緊固螺釘，移動(dòng)測微頭的安裝套使示波器第二通道顯示的波形V