實驗一感測器實驗
班號：機械91班學號：2009010410 姓名：戴振亞
同組同學：裴文斐、林奕峰、馮榮宇
1、電阻應變片感測器
一、實驗目的
(1) 了解金屬箔式應變片的應變效應，單臂電橋工作原理和效能。
(2) 了解半橋的工作原理，比較半橋與單臂電橋的不同效能、了解其特點
(3) 了解全橋測量電路的原理及優點。
(4) 了解應變直流全橋的應用及電路的標定
二、實驗資料
a、單臂電橋輸出電壓與所加負載重量值
b、半橋測量輸出電壓與加負載重量值
c、全橋輸出電壓與加負載重量值
d、電橋輸出電壓與加負載重量值
三、實驗結果與分析
1、效能曲線
a、單臂電橋效能實驗
由實驗資料記錄可以計算出的系統的靈敏度s=δu/δw=0.21(mv/g)，所以運用直線擬合可以得到特性曲線如下圖所示。
b、半橋效能實驗
由實驗記錄的資料我們可以得到半橋系統的靈敏度為s=δu/δw=0.41(mv/g)，所以我們可以運用直線擬合實驗資料得到效能曲線如下圖所示。
c、全橋效能實驗
由實驗記錄的資料我們可以得到全橋系統的靈敏度為s=δu/δw=0.78(mv/g)，所以我們可以運用直線擬合實驗資料得到效能曲線如下圖所示。
d、電子稱實驗
由實驗記錄的資料我們可以得到全橋系統的靈敏度為s=δu/δw=-1(mv/g)，所以我們可以運用直線擬合實驗資料得到效能曲線如下圖所示。
2、分析
a、從理論上分析產生非線性誤差的原因
由實驗原理我們可以知道，運用應變片來測量，主要是通過外界條件的變化來引起應變片上的應變，從而可以引起電阻的變化，而電阻的變化則可以通過電壓來測得。而實際中，電阻的變化與應變片的應變的變化不是成正比的，而是存在著「壓阻效應」，從而在實驗的測量中必然會引起非線性誤差。
b、分析為什麼半橋的輸出靈敏度比單臂時高了一倍，而且非線性誤差也得到改善。
首先我們由原理分析可以知道，單臂電橋的靈敏度為 e0=(δr/4r0)*ex，而半橋的靈敏度為e0=(δr/2r0)*ex，所以可以知道半橋的靈敏度是單臂時的兩倍，而由實驗資料中我們也可以看出，而由於半橋選用的是同側的電阻，為相鄰兩橋臂，所以可以知道e0=(δr1/r0-δr2/r0)*ex/4，而δr1、δr2的符號是相反的，同時由於是同時作用，減號也可以將溫度等其他因素引起的電阻變化的誤差減去而使得非線性誤差得到改善。
c、比較單臂、半橋、全橋輸出時的靈敏度和非線性度，並從理論上加以分析比較，得出結論。
由實驗資料我們可以大致的看出，靈敏度大致上為s全=2s半=4s單，而非線性度可以比較為單臂》半橋》全橋，有理論上分析，我們也可以得到相同的結果。主要是因為有電橋電路的原理分析可知：e0=（δr1/r-δr2/r+δr3/r-δr4/r）*ex/4，所以我們可以得到全橋的靈敏度等於半橋的兩倍，單臂的四倍，而非線性度我們也可以得到單臂最差，因為其他因素影響大，而半橋、全橋由於有和差存在，將其他因素的影響可以略去。
所以非線性度相對來說較好。
d、分析什麼因素會導致電子稱的非線性誤差增大，怎麼消除，若要增加輸出靈敏度，應採取哪些措施。
主要是在於感測器的精度以及測量時的誤差會導致電子稱的非線性誤差增大，我們可以通過增加感測器的精度，同時減少感測器的非線性誤差，通過全橋連線來減小，同時注意零點的設定，來消除非線性誤差。若要增加輸出靈敏度，可通過選取適當的電橋電路來改變，比如原來是半橋的改為全橋則可以增加輸出靈敏度。
四、思考題
1，半橋測量時，兩片不同受力狀態的電阻應變片接入電橋時，應放在：（2）鄰邊。
2，橋路（差動電橋）測量時存在非線性誤差，是因為：（2）應變片的應變效應是非線性的。
3，全橋測量中，當兩組對邊（r1、r3為對邊）值r相同時，即r1=r3，r2=r4，而r1≠r2
時，是否可以組成全橋：（1）可以
4，某工程技術人員在進行材料測試時在棒材上貼了兩組應變片，如何利用這四片電阻應變片組成電橋，是否需要外加電阻。
不需要，只需如圖中右圖即可。
2、差動變壓器
一、實驗目的
(1) 了解差動變壓器的工作原理和特性。
(2) 了解三段式差動變壓器的結構。
(3) 了解差動變壓零點殘餘電壓組成及其補償方法。
(4) 了解激勵頻率對差動變壓器輸出的影響。
二、實驗資料
a、差動變壓器的效能測試
差動變壓器鐵芯位移（從vp-p最小處右移）x值與輸出電壓資料表
差動變壓器鐵芯位移（從vp-p最小處左移）x值與輸出電壓資料表
三、實驗結果與分析
1、特性曲線
a、差動變壓器的效能測定
由實驗資料我們就可以得到微頭右移與左移的特性曲線，如下圖所示。
2、分析
a、分析實驗a中產生非線性誤差的原因
實驗a中產生非線性誤差的原因主要是移動鐵芯時，受到磁場的作用而使得測量存在誤差，同時由於測量讀數的誤差也可能引起相應的資料誤差而導致非線性誤差，而從實驗原理上進行分析，我們可以知道由於輸入訊號的頻率可能存在不穩定，而導致輸出的電壓有相應的波動，而導致非線性誤差的存在。
b、分析產生零點殘餘電壓的原因，對差動變壓器的效能有哪些不利的影響。用那些方法可以減小零點殘餘電壓。
零點殘餘電壓的存在是由於感測器的阻抗是乙個複數阻抗，有感抗也有阻抗，為了達到電橋的平衡，就要求線圈的電阻相等，兩線圈的電感也相等，實際上，這種情況是很難精確達到的，所以雖然我們雖然能讓鐵芯移到中間位置，但是由於兩電感線圈的等效引數不對稱而造成了零點電壓的存在。零點電壓會導致差動變壓器的靈敏度下降，非線性誤差增大，甚至造成放大器的末級趨於飽和。要減小零點電壓，主要是通過使兩電感線圈的等效引數盡可能的相對稱，同時盡量讓輸入電壓趨於穩定，這樣才能減小零點殘餘電壓。
四、思考題
1、用差動變阻器測量較高頻率的振幅，例如1khz的振動幅值，可以嗎？差動變壓器測量頻率的上限受什麼影響。
用差動變壓器不能測量較高頻率的振幅，因為頻率過高會使線圈的寄生電容增大，對於效能穩定不利。而頻率的上限主要是受到初級線圈的電感和損耗電阻的影響。
2、試分析差動變壓器與一般電源變壓器的異同。
差動變壓器是通過被測物體移動時，初級線圈與次級線圈之間的互感發生變化促使次級線圈感應電勢產生變化。而一般的電源變壓器是通過改變初期線圈與次級線圈的匝數來實現變壓，其相同點是都是利用兩線圈之間的感應變化來實現變壓的目的。其不同點在於差動變壓器通過改變兩線圈的互感系數來改變，而一般的電源變壓器是通過改變匝數來改變電壓。
5、溫度感測器
一、實驗目的
(1) 了解常用的整合溫度感測器基本原理、效能與應用。
(2) 了解熱電阻的特性與應用。
(3) 了解熱敏電阻的特性與應用。
二、實驗資料
整合溫度感測器的特性實驗資料
三、實驗結果與分析
1、特性曲線
a、整合溫度感測器
2、實驗分析
a、簡單說明ad590的基本原理，討論電流輸出型與電壓輸出型整合溫度感測器的優缺點。
ad590的基本工作原理是將溫敏電晶體與相應的輔助電路整合在同一晶元上，它能直接的給出正比於絕對溫度的理想線性輸出。電流輸出型整合溫度感測器不易受接觸電阻、引線電阻、電壓雜訊的干擾。具有很好的線性，測量精度高，同時相當於乙個恆流源，則電流的波動會引起相應的誤差，而電壓輸出型整合溫度感測器是通過電壓的輸出，所以靈敏度高，但是易受電壓雜訊的干擾。
b、整合溫度感測器的非線性誤差分析
整合溫度感測器的非線性誤差主要是由於測量過程中加熱或者是冷卻速度的不同而造成的，本次試驗中我們採取的是通過測量溫度上公升過程的電壓值與下降過程的電壓值取平均值來得到相應的資料，而在上公升過程中由於目標溫度直接設定成為100度，可能在加熱的過程中持續不斷地加熱，導致測量的電壓數而偏大，而在溫度下降的過程中直接設為0度，則使得溫度下降的過快，而測量的電壓數偏小，所以採用平均值則可以消除誤差，非線性得到改善。
四、實驗總結
本次實驗主要是通過測量感測器的相應量的變化來熟悉感測器測量的機理與過程，而且通過本次實驗，我也是加深了對於感測器的認識，對於電阻式應變片的工作原理以及相應的電橋電路的選擇，差動變壓器的工作原理和整合溫度感測器的相應的原理有了更多的了解。同時我們也可以從我們實驗測得的資料中看出，理論與實際還是存在一定的誤差的，但是每種感測器的特性曲線，雖然都存在著一定的非線性誤差，但是比較小，而且還可以有待我們進行改進。
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