一、实验目的：
了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。
二、基本原理：
电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变 效应，描述电阻应变效应的关系式为：
ΔR/R=Kε
式中ΔR/R为电阻丝的电阻相对变化值，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，用它来转换被测部位的受力大小及状态，通过电桥原理完成电阻到电压的比例变化，输出电压U0=EKε（E为供桥电压），对单臂电桥而言，电桥输出电压，U01=EKε/4。（E为供桥电压）。
三、器件与单元：
应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约20g）、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表(自备)。 四、实验步骤：
实验（一）
1、 根据图(1-1),应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板左上
方的R1、R2、R3、R4标志端。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω，加热丝阻值约为50Ω左右。
图1-1 应变式传感器安装示意图
2、实验模板差动放大器调零，方法为:①接入模板电源±15V(从主控箱引入)，检查无误后
合上主控箱电源开关，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置，②将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V档)，完毕关闭主控箱电源。
3、参考图（1-2）接入传感器，将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模板左上方的R1)
接入电桥作为一个桥臂，它与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7在模块内已连接好)，接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V(从主控箱引入)，检查接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调节Rw1，再细调RW4使数显表显示为零。
图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图
4、在传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码并读取相应的数显表数
值，记下实验结果填入表（1-1）。
重量（g） | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 | 180 | 200 |
电压（mv） | 3.3 | 6.8 | 10.3 | 13.8 | 17.3 | 20.6 | 24.1 | 27.6 | 30.8 | 34.3 |
| | | | | | | | | | |
5、根据表（1-1）计算系统灵敏度S：S=ΔV/ΔW(ΔV为输出电压平均变化量；ΔW重量
变化量)，计算非线性误差：δf1=Δm/yF·S×100%，式中Δm为输出电压值(多次测量时为平均值)与拟合直线的最大电压偏差量：yF·S为满量程时电压输出平均值。
计算系统灵敏度S
S=△V/△W=（34.3-3.3）/9/20=0.172ｍｖ／ｇ
五、思考题：
单臂电桥时，作为桥臂的电阻应变片应选用：(1)正(受拉)应变片(2)负(受压)应变片(3)正、负应变片均可以。
答：（1）正（受拉）应变片
实验二 金属箔式应变片半桥性能实验
一、实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点。
二、基本原理：不同受力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U02=EK/ε2，比单臂电桥灵敏度提高一倍。
三、需用器件与单元：同实验一。
四、实验步骤：
1、保持实验（一）的各旋钮位置不变。
2、根据图1-3接线，R1、R2为实验模板左上方的应变片，注意R2应和R1受力状态相反，即桥路的邻边必须是传感器中两片受力方向相反(一片受拉、一片受压)的电阻应变片。接入桥路电源±4V，先粗调Rw1，再细调Rw4，使数显表指示为零。注意保持增益不变。
3、同实验一（4）步骤，将实验数据记入表（1）-2，计算灵敏度S=ΔV/ΔW，非线性误差
δf2。若实验时数值变化很小或不变化，说明R2与R1为受力状态相同的两片应变片，应更换其中一片应变片。
图1-3 应变式传感器半桥实验接线图
表1-2，半桥测量时，输出电压与负载重量的关系
重量（g) | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 | 180 | 200 |
电压（mv） | 6.9 | 13.9 | 20.8 | 27.8 | 34.7 | 41.8 | 48.8 | 55.8 | 63.2 | 70.1 |
| | | | | | | | | | |
五、思考题：
1、 半桥侧量时两片不同受力状态的电阻应变片在接入电桥时，应放在：(1)对边？(2)邻边的位置？
答：（2）邻边
2、 桥路测量时存在非线性误差，是因为：(1)电桥测量原理上存在非线性误差？(2)应变片应变效应是非线性的？(3)零点偏移？
答：测量时存在非线性误差，是因为电桥测量原理上存在非线性误，应变片应变
效应是非线性的，零点偏移共同造成的。
实验三 金属箔式应变片全桥性能实验
一、实验目的：了解全桥测量电路的优点。
二、基本原理：全桥测量电路中，将受力状态相同的两片应变片接入电桥对边，不同的接
入邻边，应变片初始阻值是R1= R2= R3=R4，当其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时，桥路输出电压U03=KEε，比半桥灵敏度又提高了一倍，非线性误差进一步得到改善。
三、需用器件和单元：同实验一。
四、实验步骤：
1、保持实验（二）的各旋钮位置不变。。
2、根据图1-4接线，将R1、R2、R3、R4应变片接成全桥，注意受力状态不要接错调节零位旋钮Rw1，并细调Rw4使电压表指示为零，保持增益不变，逐一加上砝码。将实验结果填入表1-3；进行灵敏度和非线性误差计算。
图1-4 全桥性能实验接线图
1-3，全桥测量时,输出电压与负载重量的关系
重量（g） | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 | 180 | 密胺粉 200 |
电压（mv） | 13.9 | 27.7 | 41.7 | 55.5 | 69.4 | 83.3 | 97.2 | 110.6 | 124.8 | 138.9 |
| | | | | | | | | | |
五、思考题：
1、 全桥测量中，当两组对边(R1、R3)电阻值相同时，即R1= R3, R2= R4,而R1≠R2时，是否可以组成全桥：(1)可以,(2)不可以。
答：（1）可以
2、程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。
图1-5 应变式传感器受拉时传感器圆平面展开图
答：第一幅图不能组成电桥，第二幅可以组成双臂电桥。
第一幅图应变片都没顺着力的方向摆放，所以力对应变片产生形变不大，电阻改 变不大，相当于4个恒定电阻。第二幅图R3和R4顺着力的方向，力对其形变改变较大，可当作应变计，而R2和R1可当做恒定电阻，组成双臂桥。
实验十四 电容式传感器的位移实验
橄榄采摘机一、实验目的：
了解电容式传感器的结构及其特点。
二、基本原理：
利用平板电容C=εA/d的关系,在ε（介电常数）、A（极板面积）、d（极板距离）三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，就可使电容的容量(C)发生变化，通过相应的测量电路，将电容的变化量转换成相应的电压量,则可以制成多种电容传感器，如：①变ε的湿度电容传感器。②变d的电容式压力传感器。③变A的电容式位移传感器。本实验采用第③种电容传感器,是一种圆筒形差动变面积式电容传感器。
图4-1 电容传感器位移实验接线图
三、器件与单元：
电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、移相/相敏检波/滤波模板、数显单元、直流稳压电源。
四、实验步骤：
1、按图3-1将电容传感器装于电容传感器实验模板上。
2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图4-1。
3、将电容传感器实验模板的输出端V01与数显电压表Vi相接，电压表量程置2V档，Rw调节到中间位置。
4、接入±15V电源，将测微头旋至10mm处，活动杆与传感器相吸合，调整测微头的左右位置，使电压表指示最小，并将测量支架顶部的镙钉拧紧，旋动测微头，每间隔0.2mm记下输出电压值(V)，填入表4-1。将测微头回到10mm处，反向旋动测微头，重复实验过程。
台球杆架 表4-1电容式传感器位移与输出电压的关系
X（mm） | 8 | 8.2 | 8.4 | 8.6 | 8.8 | 9 | 9.2 | 9.4 f型钢 | 9.6 | 9.8 | 10 |
V（mv） | 34.3 | 30.5 | 27 | 23.6 | 20.2 | 16.9 | 13.4 | 10.4 | 6.8 | 3.4 | 0.0 |
X（mm） | 12 | 11.8 | 11.6 | 11.4 | 11.2 | 11 | 10.8 | 10.6 | 10.4 | 10.2 | |
V（mv） | -30.7 | -27.7 | -24.8 | -21.6 | 蜂蜜包装盒 -18.5 | -15.6 | -12.4 | -9.4 | -6.2 | -3.1 | |
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化妆品柜台5、根据表4-1数据计算电容传感器的灵敏度S和非线性误差δf，分析误差来源。
灵敏度S=△v/△x=(34.3+3.1)/19/0.2=9.84mv/mm
误差来源：（1）原理上存在非线性误差。
（2）电容式传感器产生的效应是非线性的。
(3 ) 零点偏移。
五、思考题：
试设计一个利用ε的变化测谷物湿度的电容传感器？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？
答：（1）谷物湿度的变化会引起介电常数ε变化，电容变化和介电常数ε变化的关系：
△C=2π△εA/δ（A和δ已知）
（2）图所示电容式谷物传感器，用来测量谷物湿度。由于谷物摩擦力较大，容易滞留，故一般不采用双层电极，而用电极棒和容器壁组成电容传感器两极。
实验十六 直流激励时接触式霍尔位移传感器特性实验
（注：如您的霍尔位移传感器无活动杆，即为非接触式，请按最后附录实验进行）
一、 实验目的：了解霍尔式位移传感器原理与应用。
二、基本原理：根据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，保持KH、I不变，若霍尔元件在梯度磁场B中运动，且B是线性均匀变化的，则霍尔电势UH也将线性均匀变化，这样就可以进行位移测量。
三、需用器件与单元：霍尔传感器实验模板、线性霍尔位移传感器、直流电,±源±4V、15Ｖ4、测微头、数显单元。
四、实验步骤：
1、 将霍尔传感器按图5-1安装。霍尔传感器与实验模板的连接按图5-2进行。①、③为电源±4Ｖ，②、④为输出,R1与④之间联线可暂时不接。
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