實驗一：金屬箔式應變片單臂電橋效能實驗
一、實驗目的：
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。
二、基本原理：
電阻絲在外力作用下發生機械變形時，其電阻值發生變化，這就是電阻應變效應，描述電阻應變效應的關係式為：
r/r=kε
式中δr/r為電阻絲的電阻相對變化值，k為應變靈敏係數，ε=δl/l為電阻絲長度相對變化。金屬箔式應變片是通過光刻、腐蝕等工藝製成的應變敏感元件，用它來轉換被測部位的受力大小及狀態，通過電橋原理完成電阻到電壓的比例變化，輸出電壓u0=ekε（e為供橋電壓），對單臂電橋而言，電橋輸出電壓，u01=ekε/4。（e為供橋電壓）。
三、器件與單元：
應變式感測器實驗模板、應變式感測器、砝碼（每只約20g）、數顯表、±15v電源、±4v電源、萬用表(自備)。
四、實驗步驟：
實驗（一）
1、 根據圖(1-1),應變式感測器已裝於應變感測器模板上。感測器中各應變片已接入模板左上
方的r1、r2、r3、r4標誌端。加熱絲也接於模板上，可用萬用表進行測量判別，r1=r2=r3=r4=350ω，加熱絲阻值約為50ω左右。
圖1-1 應變式感測器安裝示意圖
2、實驗模板差動放大器調零，方法為:①接入模板電源±15v(從主控箱引入)，檢查無誤後
合上主控箱電源開關，將實驗模板增益調節電位器rw3順時針調節到大致中間位置，②將差放的正、負輸入端與地短接，輸出端與主控箱面板上數顯電壓表輸入端vi相連，調節實驗模板上調零電位器rw4，使數顯表顯示為零(數顯表的切換開關打到2v檔)，完畢關閉主控箱電源。
3、參考圖（1-2）接入感測器，將應變式感測器的其中乙個應變片r1(即模板左上方的r1)
接入電橋作為乙個橋臂，它與r5、r6、r7接成直流電橋(r5、r6、r7在模組內已連線好)，接好電橋調零電位器rw1，接上橋路電源±4v(從主控箱引入)，檢查接線無誤後，合上主控箱電源開關，先粗調節rw1，再細調rw4使數顯表顯示為零。
圖1-2 應變式感測器單臂電橋實驗接線圖
4、在感測器托盤上放置乙隻砝碼，讀取數顯表數值，依次增加砝碼並讀取相應的數顯表數
值，記下實驗結果填入表（1-1）。
5、根據表（1-1）計算系統靈敏度s：s=δv/δw(δv為輸出電壓平均變化量；δw重量
變化量)，計算非線性誤差：δf1=δm/yf·s×100%，式中δm為輸出電壓值(多次測量時為平均值)與擬合直線的最大電壓偏差量：yf·s為滿量程時電壓輸出平均值。
計算系統靈敏度s
s=△v/△w=（34.3-3.3）/9/20=0.172ｍｖ／ｇ
五、思考題：
單臂電橋時，作為橋臂的電阻應變片應選用：(1)正(受拉)應變片(2)負(受壓)應變片(3)正、負應變片均可以。
答：（1）正（受拉）應變片
實驗二金屬箔式應變片半橋效能實驗
一、實驗目的：比較半橋與單臂電橋的不同效能，了解其特點。
二、基本原理：不同受力方向的兩片應變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當兩片應變片阻值和應變數相同時，其橋路輸出電壓u02=ek/ε2，比單臂電橋靈敏度提高一倍。
三、需用器件與單元：同實驗一。
四、實驗步驟：
1、保持實驗（一）的各旋鈕位置不變。
2、根據圖1-3接線，r1、r2為實驗模板左上方的應變片，注意r2應和r1受力狀態相反，即橋路的鄰邊必須是感測器中兩片受力方向相反(一片受拉、一片受壓)的電阻應變片。接入橋路電源±4v，先粗調rw1，再細調rw4，使數顯表指示為零。注意保持增益不變。
3、同實驗一（4）步驟，將實驗資料記入表（1）-2，計算靈敏度s=δv/δw，非線性誤差δf2。若實驗時數值變化很小或不變化，說明r2與r1為受力狀態相同的兩片應變片，應更換其中一片應變片。
圖1-3 應變式感測器半橋實驗接線圖
表1-2，半橋測量時，輸出電壓與負載重量的關係
五、思考題：
1、 半橋側量時兩片不同受力狀態的電阻應變片在接入電橋時，應放在：(1)對邊？(2)鄰邊的位置？
答：（2）鄰邊
2、 橋路測量時存在非線性誤差，是因為：(1)電橋測量原理上存在非線性誤差？(2)應變片應變效應是非線性的？(3)零點偏移？
答：測量時存在非線性誤差，是因為電橋測量原理上存在非線性誤，應變片應變
效應是非線性的，零點偏移共同造成的
實驗三金屬箔式應變片全橋效能實驗
一、實驗目的：了解全橋測量電路的優點。
二、基本原理：全橋測量電路中，將受力狀態相同的兩片應變片接入電橋對邊，不同的接入鄰邊，應變片初始阻值是r1= r2= r3=r4，當其變化值δr1=δr2=δr3=δr4時，橋路輸出電壓u03=keε，比半橋靈敏度又提高了一倍，非線性誤差進一步得到改善。
三、需用器件和單元：同實驗一。
四、實驗步驟：
1、保持實驗（二）的各旋鈕位置不變。。
2、根據圖1-4接線，將r1、r2、r3、r4應變片接成全橋，注意受力狀態不要接錯調節零位旋鈕rw1，並細調rw4使電壓表指示為零，保持增益不變，逐一加上砝碼。將實驗結果填入表1-3；進行靈敏度和非線性誤差計算。
圖1-4 全橋效能實驗接線圖
1-3，全橋測量時,輸出電壓與負載重量的關係
五、思考題：
1、 全橋測量中，當兩組對邊(r1、r3)電阻值相同時，即r1= r3, r2= r4,而r1≠r2時，是否可以組成全橋：(1)可以,(2)不可以。
答：（1）可以
2、程技術人員在進行材料拉力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。
圖1-5 應變式感測器受拉時感測器圓平面展開圖
答：第一幅圖不能組成電橋，第二幅可以組成雙臂電橋。
第一幅圖應變片都沒順著力的方向擺放，所以力對應變片產生形變不大，電阻改變不大，相當於4個恆定電阻。第二幅圖r3和r4順著力的方向，力對其形變改變較大，可當作應變計，而r2和r1可當做恆定電阻，組成雙臂橋。
實驗十四電容式感測器的位移實驗
一、實驗目的：
了解電容式感測器的結構及其特點。
二、基本原理：
利用平板電容c=εa/d的關係,在ε（介電常數）、a（極板面積）、d（極板距離）三個引數中，保持二個引數不變，而只改變其中乙個引數，就可使電容的容量(c)發生變化，通過相應的測量電路，將電容的變化量轉換成相應的電壓量,則可以製成多種電容感測器，如：①變ε的濕度電容感測器。②變d的電容式壓力感測器。
③變a的電容式位移感測器。本實驗採用第③種電容感測器,是一種圓筒形差動變面積式電容感測器。
圖4-1 電容感測器位移實驗接線圖
三、器件與單元：
電容感測器、電容感測器實驗模板、測微頭、移相/相敏檢波/濾波模板、數顯單元、直流穩壓電源。
四、實驗步驟：
1、按圖3-1將電容感測器裝於電容感測器實驗模板上。
2、將電容感測器連線插入電容感測器實驗模板，實驗線路見圖4-1。
3、將電容感測器實驗模板的輸出端v01與數顯電壓表vi相接，電壓表量程置2v檔，rw調節到中間位置。
4、接入±15v電源，將測微頭旋至10mm處，活動杆與感測器相吸合，調整測微頭的左右位置，使電壓表指示最小，並將測量支架頂部的鏍釘擰緊，旋動測微頭，每間隔0.2mm記下輸出電壓值(v)，填入表4-1。將測微頭回到10mm處，反向旋動測微頭，重複實驗過程。
表4-1電容式感測器位移與輸出電壓的關係
5、根據表4-1資料計算電容感測器的靈敏度s和非線性誤差δf，分析誤差**。
靈敏度s=△v/△x=(34.3+3.1)/19/0.2=9.84mv/mm
誤差**：（1）原理上存在非線性誤差。
2）電容式感測器產生的效應是非線性的。
3 ) 零點偏移。
五、思考題：
試設計乙個利用ε的變化測穀物濕度的電容感測器？能否敘述一下在設計中應考慮哪些因素？
答：（1）穀物濕度的變化會引起介電常數ε變化，電容變化和介電常數ε變化的關係：
△c=2π△εa/δ（a和δ已知）
2）圖所示電容式穀物感測器，用來測量穀物濕度。由於穀物摩擦力較大，容易滯留，故一般不採用雙層電極，而用電極棒和容器壁組成電容感測器兩極。
實驗十六直流激勵時接觸式霍爾位移感測器特性實驗
（注：如您的霍爾位移感測器無活動杆，即為非接觸式，請按最後附錄實驗進行）
一、 實驗目的：了解霍爾式位移感測器原理與應用。
二、基本原理：根據霍爾效應，霍爾電勢uh=khib，保持kh、i不變，若霍爾元件在梯度磁場b中運動，且b是線性均勻變化的，則霍爾電勢uh也將線性均勻變化，這樣就可以進行位移測量。
三、需用器件與單元：霍爾感測器實驗模板、線性霍爾位移感測器、直流電,±源±4v、15ｖ4、測微頭、數顯單元。
四、實驗步驟：
1、 將霍爾感測器按圖5-1安裝。霍爾感測器與實驗模板的連線按圖5-2進行。①、③為電源±4ｖ，②、④為輸出,r1與④之間聯線可暫時不接。
感測器實驗報告
感測器原理及應用實驗報告 實驗一金屬箔式應變片 單臂電橋效能實驗 一 實驗目的 了解金屬箔式應變片的應變效應，並掌握單臂電橋工作原理和效能。二 基本原理 1 應變片的電阻應變效應 這一物理現象稱為 電阻應變效應 以圓柱形導體為例 設其長為 l 半徑為 r 材料的電阻率為 時，根據電阻的定義式得 1 ...
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