電磁學綜合實驗基本要求
（一）非平衡直流電橋的應用
實驗要求
1. 學習與掌握用非平衡直流電橋電壓輸出方法測量電阻的基本原理和操作方法。
2. 學習與初步掌握非平衡電橋的設計方法；學習與掌握根據不同待測電阻值選擇橋式。
3. 在yj-dzt-ii電磁學綜合實驗平台上，用「非平衡直流電橋及應用模板」測量電阻在平衡點附近電阻的改變量δr與電橋輸出改變量δu之間的關係，並用最小二乘法求靈敏度su(su =δu/δr)及相關係數γ。
（二）電子秤設計
在日常生活和生產中，電子秤已經得到了廣泛的應用，電子秤是通過壓力感測器,把被測量物體的質量轉換成電訊號輸出,通過放大器放大後,由二次儀表直接顯示出來.
設計研究要求
1.研究、測量應變式感測器的壓力特性，計算其靈敏度。
2.根據應變式感測器的壓力特性設計、製作乙個電子秤，該電子秤應達到如下的技術指標:
1）量程:0—100. g。
2）精度:在量程範圍內,額定誤差小於最大量程的1% 。
3）靈敏度: 1 g
4）顯示:電壓輸出0—100. mv
5）說明測量的原理,給出各組成部分的效能測試資料,證明能達到以上技術指標,寫出設計研究總結報告。
思考題：（查資料）
1. 簡述非平衡直流電橋的工作原理。
2. 簡述非平衡直流電橋的優缺點。
3. 簡述應變式壓力感測器的工作原理。
附錄：（一）非平衡直流電橋的應用
1．非平衡電橋的工作原理
非平衡電橋原理如圖1所示：b、d之間為一負載電阻rg，只要測量電橋輸出ug、ig即可得到rx值。
電橋分類
等臂電橋：r1=r2=r3=r4。
輸出對稱電橋，也稱臥式電橋：r1=r4=r，r2=r3=rˊ,且r≠rˊ。
電源對稱電橋，也稱立式電橋：r1=r2=r，r3=r4=rˊ，且r≠rˊ。
輸出電壓
當負載電阻rg→∞，即電橋輸出處於開路狀態時，ig=0，僅有電壓輸出，用u0表示，若後面接數字電壓表或高阻抗放大器時屬此種情況。
根據分壓原理，abc半橋的電壓降為us，通過r1、r4兩臂電流為
1則r4上的電壓降為
（2）同理r3上的電壓降為
3） 輸出電壓u0為ubc與udc之差
4）滿足條件
或者5）
時，則電橋輸出u0=0，即電橋處於平衡狀態，式（5）就稱為電橋平衡條件。為了測量的準確性，在測量的起始點，電橋必須調至平衡，稱為預調平衡。這樣可使輸出只與某一臂的電阻變化有關。
若r1、r2、r3固定，r4為溫度之函式rt=r（t）=rx，則當溫度從t→t+δt時，r4→r4+δr，因電橋不平衡而產生的電壓輸出為
6）若阻值變化很小，即δr<7）
由此可得三種電橋的輸出為
等臂電橋
8） 臥式電橋
9）立式電橋
（10）
顯然，當δr<公式（7）--（10）中之r和rˊ，均為預調平衡後的電阻值。測量到輸出電壓後，通過上述公式運算到δr（x）/r或δr（t），從而求得r（t）=r+δr（t）。
由（8）--（10）式可知，在r、δr相同的情況下，等臂電橋、臥式電橋輸出電壓比立式電橋的輸出電壓高，因此靈敏度也高，但立式電橋測量範圍大，可以通選擇r、rˊ來擴大測量範圍，r、rˊ差距愈大，測量範圍也愈大。
不平衡電橋實驗模板如圖2所示， ubd為電橋的輸出端，用數字錶可直接測量電橋的輸出電壓。
2.實驗步驟：
(1) 用電阻箱代替rt接入實驗模板的電路中，調節r11使之為100.0ω,然後用導線連線rt 與r11,接入5v的工作電壓，用數字萬用表測量ubd輸出端電壓,調節rw使電橋平衡(ubd=0)。
(2) 等量改變電阻箱數值0.5——1.0ω共10次，測出與各電阻對應的電橋輸出電壓ubd 。
(3)用最小二乘法求出電壓隨電阻變化的靈敏度s(s=δubd/δr)及相關係數γ。
（二）電子秤的設計與製作
在日常生活和生產中，電子秤已經得到了廣泛的應用，電子秤是通過壓力感測器,把被測量物體的質量轉換成電訊號輸出,通過放大器放大後,由二次儀表直接顯示出來.
一、 原理和方法提示
1．壓力感測器
應變式壓力感測器的結構如圖1所示，主要由雙孔平衡梁和貼上在梁上的電阻應變片r1—r4 組成，電阻應變片一般由敏感柵、基底、粘合劑、引線、蓋片等組成.應變片的規格一般以使用面積和電阻值來表示，如「3×10mm2，350ω」.
敏感柵由直徑約0.01mm--0.05mm高電阻係數的細絲彎曲成柵狀，它實際上是乙個電阻元件，是電阻應變片感受構件應變的敏感部分。
敏感柵用粘合劑將其固定在基片上，基底應保證將構件上的應變準確地傳送到敏感柵上去，故基底必須做得很薄（一般為0.03mm--0.06mm），使它能與試件及敏感柵牢固地粘結在一起；另外，它還應有良好的絕緣性、抗潮性和耐熱性。
基底材料有紙、膠膜和玻璃纖維布等.引出線的作用是將敏感柵電阻元件與測量電路相連線，一般由0.1mm--0.
2mm低阻鍍錫銅絲製成，並與敏感柵兩端輸出端相焊接，蓋片起保護作用。
在測試時，將應變片用粘合劑牢固地貼上在被測試件的表面上，隨著試件受力變形，應變片的敏感柵也獲得同樣的形變，從而使電阻隨之發生變化。通過測量電阻值的變化可反映出外力作用的大小。
壓力感測器是將四片電阻分別貼上在彈性平行梁的上下兩表面適當的位置，梁的一端固定，另一端自由用於加載荷外力f.彈性梁受載荷作用而彎曲，梁的上表面受拉，電阻片r1和r3亦受拉伸作用電阻增大；梁的下表面受壓，r2和r4電阻減小。這樣，外力的作用通過梁的形變而使四個電阻值發生變化，這就是壓力感測器.
應變片r1= r2= r3= r4 。
3．壓力感測器的壓力特性
應變片可以把應變的變化轉換為電阻的變化。為了顯示和記錄應變的大小，還需把電阻的變化再轉化為電壓或電流的變化。最常用的測量電路為電橋電路，由應變片組成的全橋測量電路如圖2所示，當應變片受到壓力作用時，引起彈性體的變形，使得貼上在彈性體上的電阻應受片r1--r4的阻值發生變化，電橋將產生輸出，其輸出電壓正比於所受到的壓力。
4．感測器電源電壓e與電橋輸出電壓u的關係
改變感測器工作電壓e，其輸出電壓u正比於工作電壓e.
5、電子秤的設計
由於應變式壓力感測器輸出的電壓僅為毫伏量級,如果后級採用數字電壓表作為顯示儀表.則應把荷重感測器輸出的毫伏訊號放大到相應的電壓訊號輸出.整套裝置的組成框圖如圖3所示
二、 實驗設計內容
要設計一台電子秤,首先要根據對測量所提出的精度和靈敏度的要求。對各組成部分的主要效能引數提出合理的要求,這一步屬於總體方案設計階段。在總體設計中,首先要分析這套測試裝置中哪一部分是主要的關鍵部分,它的效能引數將對其他部分起關健的決定性的作用。
就本課題而言。應變式壓力感測器是關鍵部分,它的特性指標將對放大電路及顯示儀表的選擇起決定性的作用。因此,首先要研究和測量荷重感測器的特性指標。
在實際問題中，哪一部分是關鍵並不是唯一的和一成不變的，需要根據所要解決的實際問題的具體要求和條件而定。
１．壓力感測器的引數測試和效能研究
壓力感測器靈敏度及線性
即在某一定的供橋電壓下，單位荷載變化所引起的輸出電壓變化，用sp表示：
sp=△u0/△p
實驗中，不但要求出sp值，還要求利用兩個變數的統計計算法求輸出電壓u0和荷重p之間的相關係數，即線性度。
壓力感測器電壓靈敏度
即在額定荷載下，供橋電壓變化所引起的輸出變化，用sv表示，則
sv=△u0/△e
同樣，也要研究其線性，求其相關係數。
２.整機測定和除錯
把感測器、放大器和顯示裝置（採用適當量程和精度的數字電壓表）連成一體，進行模擬測試，求物體重量變化與輸出電壓示值的關係，驗證各項指標是否達到要求。
３.總結，寫出研究測試報告。
三、 基本使用方法：
應變式壓力感測器基本特性的測量
1.壓力感測器的壓力特性的測量：
(1) 按順序增加砝碼的數量（每次增加10g）至100g，分別測感測器的輸出電壓。
（2）按順序減去砝碼的數量（每次減去10g）至0g，分別測感測器的輸出電壓。
（3）用最小二乘法處理資料，求靈敏度sp及相關係數。
2. 壓力感測器的電壓特性的測量：
保持感測器的壓力不變（如40g），改變工作電壓分別為3.0v、3.5v、4.
0v、4.5v、5.0v、5.
5v、6.0v、6.5v、7.
0v、7.5v，測量感測器電源電壓e與電橋輸出電壓u的關係，用最小二乘法求靈敏度sv及相關係數。
3.應變式壓力感測器實驗模板如圖4所示，r1—r4應變式壓力感測器的四個應變電阻，由r1—r4等電阻組成的電壓為v01,rw1為零點調節。由r7—r13、ic1等組成的差動放大器放大倍數由rw2調節，輸出的電壓為v02 。
使用、除錯方法：
1） 用導線連線實驗儀各電源插座和實驗模板相對應的接線柱，並將100g感測器電纜線接入實驗模板，開啟電源預熱15分鐘。
2）用導線短路放大器輸入端，放大器的輸出端與萬用表電壓檔相連，調節「放大器調零」旋鈕rw2，使放大器輸出電壓為0.000v,去掉短路線用連線線將放大器的輸入端與非平衡電橋的輸出端相連。
3）調節工作電壓為1.5至2.5ｖ，在壓力感測器秤盤上沒有任何重物時，測量放大器的輸出電壓，調節「零點調節」rw1旋鈕使放大器的輸出電壓為0.000v。
4） 將100g標準砝碼置於壓力感測器秤盤上，測量放大器的輸出電壓，調節「放大倍數調節」rw3旋鈕使放大器的輸出電壓為100mv。（1mv相當於1g。）
5） 重複3）、4）步操作，使誤差最小。
6）完成壓力感測器的壓力特性ｓp與電壓特性sv的測量。
7） 用你設計的電子秤，稱量一件100g以內的物體質量，並與實際值比較，計算百分誤差。
電磁學總結
第一章靜止電荷的電場 本章要點 1 庫侖定律 略 2 電場強度 電場中任意點的電場強度等於靜止於該點的單位正電荷所受的電場力，一般是空間座標的函式，為檢驗電荷。該公式適用於任何電場。3 靜止的點電荷的電場分布 具有球對稱性 q為場源電荷。4 電荷連續分布的帶電體的場強分布 應用該公式解題的一般思路 ...
電磁學試題
1.一塊矩形絕緣平板放在光滑的水平面上，另有一質量為 帶電量為的小物塊以某一初速度從板的端水平滑上板的上表面，整個裝置處在足夠大的豎直向下的勻強電場中，小物塊沿平板運動至端且恰好停在平板的端，如圖1所示。若保持勻強電場的大小不變，但方向反向，當小物塊仍由端以相同的初速度滑上板麵，則小物塊運動到距端的...
電磁學筆記
第一章靜電學的基本規律 1 物質的電結構電荷守恆定律 二 庫侖定律 1。崑崙定律 2。疊加原理 三 電場和電場強度 1。電場 2。電場強度 3。電場強度計算 4。電場線 5。電場強度計算舉例 四 電勢 1。靜電場力做功的特點 2。靜電場的環路定理 3。電勢差和電勢 4。電勢的計算 5。等勢面和電勢梯...