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第12章虚拟仪器技术虚拟仪器是在20世纪后期随计算机水平和软件技术的迅速进步而出现并发展起来的有别于传统仪器的新概念。
虚拟仪器技术突破了传统电子仪器以硬件为主体的模式，具有用简单硬件将被测量采集到上位机，然后通过软件设计即可方便灵活地完成对被测试量的分析、判断、显示及数据存储等功能的特点。
软件设计的灵活易变、成本低等特点使虚拟仪器在测试测量技术中越来越发挥出其优势。
目前，虚拟仪器的开发工具有LabVIEW、LabWINDOWS、VB等，下面主要介绍用NI 公司的LabVIEW软件开发虚拟仪器的方法。
本书第13章到17章的综合实例是在计算机上对整个测量系统的联合软件仿真设计，因此在本章后面将介绍用LabVIEW同NI公司的另一款电路仿真软件Multisim进行联合仿真的方法。
12.1 LabVIEW软件的特点LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineer Workbench，实验室虚拟仪器工作平台）是美国NI公司推出的一种基于G语言（Graphics Language，图形化编程语言）的具有革命性的图形化虚拟仪器开发环境，是业界领先的测试、测量和控制系统的开发工具。
虚拟仪器的概念是用户在通用计算机平台上，在必要的数据采集硬件的支持下，根据测试任务的需要，通过软件设计来实现和扩展传统仪器的功能。
传统台式仪器是由厂家设计并定义好功能的一个封闭结构，有固定的I/O接口和仪器操作面板。
每种仪器只能实现一类特定的测量功能，并以确定的方式提供给用户。
虚拟仪器的出现，打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的模式，使得用户可以根据自己的需求，设计自己的仪器系统，并可通过修改软件来改变或增减仪器的功能，真正体现了“软件就是仪器”这一新概念。
作为虚拟仪器的开发软件，LabVIEW的特点如下。
➢具有图形化的编程方式，设计者无须编写任何文本格式的代码，是真正的工程师语言➢提供丰富的数据采集，分析及存储的库函数➢提供传统的数据调试手段，如设置断点，单步运行，同时提供独具特色的执行工具，使程序动画式进行，利于设计者观察到程序运行的细节，使程序的调试和开发更为便捷➢囊括了PCI,GPIB,PXI,VXI,RS-232/485,USB等各种仪器通信总线标准的所有功能函数，使得不懂得总线标准的开发者也能驱动不同总线标准接口设备与仪器➢提供大量与外部代码或软件进行连接的机制，如DLL（动态链接库），DDE（共享库），Activex等➢具有强大的Internet功能，支持常用的网络协议，方便网络，远程测控仪器开发在测试和测量方面，LabVIEW已经变成了一种工业的标准开发工具；在过程控制和工厂自动化应用方面，LabVIEW软件非常适用于过程监测和控制；而在研究和分析方面，LabVIEW软件有力的软件分析库提供了几乎所有经典的信号处理函数和大量现代的高级信号的分析。
实验一常用电子仪器的使用一、实验目的1、掌握数字万用表、台式万用表、数字存储示波器、函数信号发生器、数字频率计、可编程直流稳压电源、LCR测试仪等典型电子测量仪器的原理、性能和基本使用方法；2、了解测量的基本原理。
二、实验仪器1、数字万用表；2、台式万用表；3、数字存储示波器；4、函数信号发生器；5、可编程直流稳压电源；6、LCR测试仪。
三、实验原理1、万用表万用表具有用途多、量程广、使用方便等优点，是电子测量中最常用的工具。
它可以用来测量电阻，交流电压和直流电压，有的万用表还可以测量晶体管的主要参数及电容器的电容量，还有通断蜂鸣、检测频率、温度等功能。
掌握万用表的使用方法是电子技术的一项基本技能。
数字万用表是可以实现多种测量功能的数字式仪器，其前端为实现各种变换电路，如：AC/DC变换、I/V变换、Z/V变换等，变换后得到直流电压，通过以A/D转换器为核心的DVM即实现数字化测量，并通过内置的CPU，实现测量自动化。
2、数字存储示波器数字存储示波器（Digital Storage Oscilloscope，简称为DSO）是将捕捉到的波形通过A/D转换进行数字化，而后存入示波管外的数字存储器中。
它具有记忆、存贮被观察信号功能，可以用来观测和比较单次过程和非周期现象、低频和慢速信号。
图1-2 典型数字存储示波器原理框图一个典型的数字存储示波器原理方框图如图1-2所示，它有实时和存储两种工作模式。
当处于实时工作模式时，其电路组成原理与一般模拟示波器一样。
当处于存储工作模式时，它的工作过程一般分为存储和显示两个阶段。
在存储工作阶段，模拟输入信号先经过适当地放大或衰减，然后再经过“取样”和“量化”两个过程的数字化处理，将模拟信号转换成数字化信号，最后，数字化信号在逻辑控制电路的控制下依次写入到RAM 中。
在显示工作阶段，将数字信号从存储器中读出，并经D/A 转换器转换成模拟信号，经垂直放大器放大加到CRT 的Y 偏转板。
第4讲传感器实验：利用传感器制作简单的自动控制装置目标要求 1.掌握制作传感器常用元件：光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、电阻应变片、霍尔元件的基本特性及工作原理.2.探究传感器的工作原理及传感器应用的一般模式.3.能利用传感器制作简单的自动控制装置．考点一常见的传感器一、传感器及其工作原理1．传感器的工作原理：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出．通常转换成的可用信号是电压、电流等______量，或转换为电路的________．把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、________、处理和________．传感器应用的一般模式如图所示：2．传感器的核心元件(1)敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分．(2)转换元件：能将敏感元件输出的信号直接转换成________________的部分．(3)信号调整与转换电路：能把输出的微弱的电信号放大的部分．3．传感器的分类工作原理举例物理传感器利用物质的物理特性或物理效应感知并检测出待测对象信息力传感器、磁传感器、声传感器等化学传感器利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度转换为电信号离子传感器、气体传感器等生物传感器利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等二、常见敏感元件1．光敏电阻(1)特点：光照越强，电阻________．(2)原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能________；随着光照的____________，载流子增多，导电性________．(3)作用：把________________这个光学量转换为________这个电学量．2．热敏电阻和金属热电阻(1)热敏电阻热敏电阻一般由半导体材料制成，其电阻随温度的变化明显，温度升高电阻________，如图甲所示为某一热敏电阻的阻值随温度变化的特性曲线．(2)金属热电阻有些金属的电阻率随温度的升高而________，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线．(3)作用：热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．注意：在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器．3．电阻应变片(1)电阻应变片的作用：电阻应变片能够把物体________这个力学量转换为________这个电学量．(2)电子秤的组成及敏感元件：由________和电阻________组成，敏感元件是________．(3)电子秤的工作原理金属梁自由端受力F⇒金属梁发生弯曲⇒应变片的电阻变化⇒两应变片上电压的差值变化1．传感器是把非电学量转换为电学量的元件．()2．传感器只能感受温度和光两个物理量．()3．随着光照的增强，光敏电阻的电阻值逐渐增大．()4．电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转换为电压信号．()霍尔元件的应用霍尔元件是根据霍尔效应原理制成的一种磁敏元件．一般用于电机中测定转子的转速，如录像机的磁鼓、电脑中的散热风扇等．(1)霍尔元件的工作原理：E 、F 间通入恒定的电流I ，同时外加与薄片垂直的磁场B 时，薄片中的载流子就在洛伦兹力作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M 、N 间出现电压(如图所示)．(2)霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受静电力和洛伦兹力二力平衡．(3)霍尔电压：U H ＝k IB d(d 为薄片的厚度，k 为霍尔系数)．其中U H 与B 成正比，所以霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量．例1 (2022·重庆卷·11)某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时，其阻值随温度的变化关系．实验电路如图所示，实验设定恒定电流为50.0 μA ，主要实验器材有：恒压直流电源E 、加热器、测温仪、热敏电阻R T 、可变电阻R 1、电流表A 、电压表V.(1)用加热器调节R T 的温度后，为使电流表的示数仍为50.0 μA ，须调节________________(选填一种给定的实验器材)．当R T 两端未连接电压表时，电流表示数为50.0 μA ；连接电压表后，电流表示数显著增大，须将原电压表更换为内阻____________(选填“远大于”“接近”或“远小于”)R T 阻值的电压表．(2)测得R T 两端的电压随温度的变化如图所示，由图可得温度从35.0 ℃变化到40.0 ℃的过程中，R T 的阻值随温度的平均变化率是________ kΩ·℃－1(保留2位有效数字)．例2为了节能和环保，一些公共场所用光控开关控制照明系统，光控开关可用光敏电阻控制，如图甲所示是某光敏电阻阻值随光的照度变化曲线，照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为：勒克斯(lx)．(1)如图乙所示，电源电动势为3 V，内阻不计，当控制开关两端电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统．要求当天色渐暗照度降至1.0 lx时控制开关接通照明系统，则R1＝________ kΩ.(2)某同学为了测量光敏电阻在不同照度下的阻值，设计了如图丙所示的电路进行测量，电源(E＝3 V，内阻未知)，电阻箱(0～99 999 Ω)．实验时将电阻箱阻值置于最大，闭合S1，将S2与1相连，减小电阻箱阻值，使灵敏电流计的示数为I，图丁为实验时电阻箱的阻值，其读数为________ kΩ；然后将S2与2相连，调节电阻箱的阻值如图戊所示，此时电流表的示数恰好为I，则光敏电阻的阻值为________ kΩ(结果均保留3位有效数字)．例3(多选)如图是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证U H随B的变化情况．以下说法正确的是(工作面是指较大的平面)()A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，U H将变大B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，U H将发生变化听课记录：______________________________________________________________________________________________________________________________________考点二实验：利用传感器制作简单的自动控制装置一、门窗防盗报警装置1．实验目的：了解门窗防盗报警装置，会组装门窗防盗报警装置．2．电路如图所示．3．工作原理：闭合电路开关S，系统处于防盗状态．当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K，使继电器工作．继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示电路处于正常工作状态．当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电．继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H 发声报警．干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关．4．实验器材干簧管SA、继电器、发光二极管LED、蜂鸣器H、电源、导线若干、开关、电阻R、小磁体．5．实验步骤(1)连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作．用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常工作．(2)确定各元件可以正常工作后，按照电路图连接电路．(3)接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象．二、光控开关1．实验目的：了解光控开关电路及控制原理，会组装光控开关．2．电路如图所示．3．工作原理：当环境光比较强时，光敏电阻R G的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L不亮．当环境光比较弱时，光敏电阻R G的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L.4．实验器材发光二极管LED、晶体三极管VT、可调电阻R1、限流电阻R2、光敏电阻R G、集成电路实验板、直流电源、导线若干、黑纸、小灯泡L.5．实验步骤(1)按照电路图连接电路，检查无误后，接通电源．(2)让光敏电阻R G受到白天较强的自然光照射，调节电阻R1使发光二极管LED或小灯泡L 刚好不发光．(3)遮挡R G，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED或小灯泡L发光．(4)让光照加强，当光照强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡L熄灭．6．注意事项(1)安装前，对实验器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装．(2)光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接．(3)如果实验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，再进行观察．例4在实际应用中有多种自动控温装置，以下是其中两种控温装置：(1)图(a)为某自动恒温箱原理图，箱内的电阻R1＝2 kΩ，R2＝1.5 kΩ，R3＝4 kΩ，R t为热敏电阻，其电阻随温度变化的图像如图(b)所示．当a、b两点电势φa<φb时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当φa≥φb时，电压鉴别器会使S断开，停止加热，则恒温箱内的稳定温度为______ ℃，恒温箱内的电热丝加热时R t的取值范围为________________________．(2)有一种由PTC元件做成的加热器，它产生的焦耳热功率P R随温度t变化的图像如图(c)所示．该加热器向周围散热的功率为P Q＝k(t－t0)，其中t为加热器的温度，t0为室温(本题中取20 ℃)，k＝0.1 W/℃.当P R＝P Q时加热器的温度即可保持稳定，则该加热器工作的稳定温度为________ ℃；某次工作中，该加热器从室温升高至稳定温度的过程中，下列温度变化过程用时最短的是________(填选项前的字母序号)．A．20～24 ℃B．32～36 ℃C．48～52 ℃D．60～64 ℃例5为了建设安全校园，某校物理教师带领兴趣小组的学生，利用光敏电阻和电磁继电器，为学校教学楼内所有楼梯口的照明灯安装了亮度自动控制装置．如图甲所示为他们设计的原理图，R0为光敏电阻(阻值随亮度的增加而减小)，R1为滑动变阻器，电磁继电器的衔铁由软铁(容易磁化和消磁)制成，R2为电磁铁的线圈电阻，K为单刀双掷开关．(1)为使楼内亮度降低到一定程度照明灯自动点亮，亮度升高到一定程度照明灯自动熄灭，单刀双掷开关应置于________(选填“a”或“b”)．(2)为了提升校园安全系数，使照明灯在不太暗的时候就点亮，滑动变阻器接入电路的电阻应________(选填“调大”或“调小”)．(3)已知直流电路中的电流达到10 mA时电磁继电器的衔铁正好会被吸下，R0从正午最亮到夜晚最暗的阻值变化范围为50～200 Ω，R2约为5 Ω，直流电源电动势E＝3 V，内阻r约为1 Ω，现有三个最大电阻阻值分别为100 Ω、300 Ω、3 000 Ω的滑动变阻器，为实现调控目标R1最好应选择最大阻值为________ Ω的滑动变阻器．(4)兴趣小组同学想要对原设计进行改进，使亮度降低到一定程度触发衔铁吸下，请你在图乙的虚线框中用笔画线代替导线重新连接直流电路中c、d、e、f、g、h各点，以实现这一改进目标．。
第17章 转速测量系统的设计17.1 设计任务在生产中，物体转速的准确测定常关系到产品质量和工效。
例如，由织布机转盘的转速可以计算布匹的产量，水电发电机叶轮的转速是计算发电机电功率必不可少的数据等。
本章将利用光电传感器设计转速测量仪，关于电路的仿真是基于Multisim 和LabVIEW 这两种软件基础之上的联合仿真：①在Multisim 中的主要工作是模拟光电传感器的I/O 特性、对光电传感器的输出信号进行滤波及波形转换处理，使其最终的输出信号为方波；②在LabVIEW 中的重要工作是设计转速器，在这一设计上用了两种方案：一是基于功率谱分析的转速器，二是基于测量固定周期测时间的方法测量转速。
因为本文在Multisim 中所选用的电路输出信号的频率与转速的关系为1:1的关系，所以在本文中测量转速实际也就是测量频率。
最后在Multisim 原有的与LabVIEW 的接口模块中插入转速器，然后进行编译，使得在LabVIEW 中的虚拟仪器能被Multisim 调用。
通过本设计，需要掌握以下内容：➢ 能利用光电传感器测量转速的原理，在Multisim 中建立光电传感器的模型➢ 掌握在LabVIEW 中设计转速器的3种方法➢ 熟悉光电传感器转速测量的原理17.2 电路原理与设计1．光电测量原理光电测量结构原理图如图17-1所示。
图17-1 光电传感器工作模型在遮光盘的同心圆上均匀分布若干个通光孔，光电传感器固定在遮光盘工作的位置上，且工作时光线应该通过通光孔照在光电传感器上。
所以，遮光盘转动一周，光电传感器感光次数与盘的通光孔数目相等。
因此，产生相同数目的脉冲信号。
对脉冲信号进行滤波和整形后，通过在固定时间内测量相应的脉冲个数，就可以计算出转速。
直流电动机转速的计算公式为060/()n m T N =⨯⨯ （17-1）式中，n 为直流电动机转速；N 为遮光盘上的通光孔的个数；m 为固定时间内测得的脉冲数；T 0为固定的时间。
感器实验讲江西师范大学物理与通信电子学院2007-3-5目录第一章产品说明第二章实验指导一、金属箔式应变片性能—单臂电桥二、金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较三、相敏检波器实验四、交流全桥的应用—电子秤五、差动变压器（互感式）的性能六、电涡流传感器的静态标定七、电涡流传感器的应用—振幅测量八、霍尔式传感器的直流激励特性九、霍尔传感器的应用—电子秤十、压电传感器的动态响应实验十一、光纤位移传感器静态实验十二、光电开关的转速测量实验第一章产品说明一、CSY传感器实验仪简介（CSY-910、910A、998A、998A+、998B、998B+等六种型号）46X3o26I759n4R。
实验仪主要由四部分组成：传感器安装台、显示与激励源、传感器符号及引线单元、处理电路单元。
传感器安装台部分：装有双平行振动梁（应变片、热电偶、PN结、热敏电阻、加热器、压电传感器、梁自由端的磁钢）、激振线圈、双平行梁测微头、光纤传感器的光电变换座、光纤及探头、小机电、电涡流传感器及支座、电涡流传感器引线① 3.5插孔、霍尔传感器的二个半圆磁钢、振动平台（圆盘）测微头及支架、振动圆盘（圆盘磁钢、激振线圈、霍尔片、电涡流检测片、差动变压器的可动芯子、电容传感器的动片组、磁电传感的可动芯子）、半导体扩散硅压阻式差压传感器、气敏传感器及湿敏元件安装盒，热释电传感器、光电开关、硅光电池、光敏电阻元件安装盒，具体安装部位参看附录三。
QG6buw。
r25s9TI。
显示及激励源部分：电机控制单元、主电源、直流稳压电源（土2V - ± 10V分5档调节）、F/V数字显示表（可作为电压表和频率表）、（5mV-500mV、音频振荡器、低频振荡器、± 15V不可调稳压电源。
CV8tjzo。
NoTx93P实验主面板上传感器符号单元：所有传感器（包括激振线圈）的引线都从内部引到这个单元上的相应符号中，实验时传感器的输出信号（包括激振线圈引入低频激振器信号）按符号从这个单元插孔引线。
CSY2000型传感器检测技术实验台简介CSY2000型传感器与检测技术实验台主要用于“传感器原理与技术”、“检测与转换技术”等课程的教学实验。
CSY2000型传感器与检测（控制）技术实验台由主控台、测控对象、传感器、实验模板、实验桌等部分组成（见下图）。
附图CSY2000型传感器与检测（控）制技术实验台1、主控台部分：提供高稳定的±15V、+5V、±2V～±10V、+2V～+24V可调四种直流稳压电源，主控台面板上装有数显电压、频率、转速、压力表。
0.4KHz～10KHz可调音频信号源；1Hz～30Hz可调低频信号源；0～20kpa可调气压源；高精度温度控制仪表，电源故障报警指示，RS232计算机串行接口；浮球流量计。
2、测控对象有：振动台1Hz～30Hz （可调）；旋转源0-2400转/分（可调）；温度源<200℃(可调)。
3、传感器：电阻应变式传感器、差动变压器、电容式传感器、霍尔式传感器、压电式传感器、电涡流位移传感器、集成温度传感器、热电偶、铂电阻、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等。
4、实验模块部分：有应变式、压力、差动变压器、电容式、电涡流、光纤位移、温度、移相/相敏检波/滤波、气敏、湿敏。
实验一 应变片称重实验一、 实验目的1. 了解金属应变片的应变效应，设计应用应变片的称重检测电路；2. 比较全桥、半桥与单臂电桥的不同性能和特点；3. 掌握电桥检测、放大、显示等测量电路的设计方法和检测装置的调试技术。
二、 实验原理1. 应变片的工作原理导体在外界作用下产生机械形变时，其阻值将发生相应的变化，这种现象称为“应变效应”。
2. 应变测量电桥应变片将机械应变转换为电阻变化后，为了显示和记录，通常将应变片组成电桥电路，使得由非电量引起的应变片电阻变化转化为电压或电流的变化。
而对电桥电路的要求是具有较高的灵敏度，良好的线性关系和适应温度变化的补偿能力。
图1.1(a)为一单臂电桥电路，应变片接在电桥的一个臂上，电阻值为R 1。
无应变时，ΔR 1=0，此时电桥平衡，U 0=0；若应变片受力作用产生应变，则该臂阻值为R 1+ΔR 1，电桥就有电压输出，由图1.1 (a)可知。
(a) 单臂 (b) 半桥 (c) 全桥图1.1 应变片直流电桥电路3431111012411234113(/)(/)(1)(1)S S S R R R R R R R U U U U R R R R R R R R R R R ⋅∆+∆=-=∆+∆+++++ (1)设电桥初始平衡时，4213R R ==n R R ，且若11Rn R ∆<<，则(1)式近似地为 1021(1)SR nU U n R ∆≈⋅+ (2)所以电桥的电压灵敏度S u U n nR R U S 21101)1(/+≈∆=(3) 进一步设n=1，即有 R 1= R 2= R 3= R 4，可求得最大电压灵敏度为S u U S 411≈(4) 上述讨论是在11R n R ∆<<情况下进行，桥路的输出电压与应变的关系0()11RU f R ∆=是线性关系。
但若n 较小，且应变片承受的应变较大时，(1)式分母项中的11R R ∆就不能忽略，0()11R U f R ∆=就呈非线性。
补偿的办法是采用半桥或全桥差动电路。
如果将一片受压和一片受拉的两应变片，接入电桥相邻桥臂内，形成半桥差动电路，如图1.1 (b)所示。
设R 1= R 2= R 3= R 4，且ΔR 1=ΔR 2，则电桥输出1433121111021)(R R U U R R R R R R R R R U S S ∆=+-∆-+∆+∆+= (5)所以半桥的电压灵敏度S u U S 212= (6)由此可见，采用半桥差动电路不仅消除了非线性误差，而且电压灵敏度也比单臂电桥时提高了一倍。
若采用两片受压，两片受拉的四片应变片，且使相同受力状态的两应变片接入电桥的相对臂上，如图1.1 (c)所示，设R 1= R 2= R 3 =R 4，且ΔR 1=ΔR 2=ΔR 3=ΔR 4，则此时的输出电压和电压灵敏度为10S 1R U =U R ∆⋅(7) S u U S =3 (8)即全桥差动电路的电压灵敏度比单臂时提高了四倍，同时消除了非线性误差，因 而得到广泛的实际应用。
三、 实验步骤(一)、应变片单臂电桥实验1.根据图1.2,4个同型号的应变式传感器已粘贴在弹性梁上下表面。
为方便测量，各应变片已接入传感器模板左上方的R1、R2、R3、R4标志端。
图1.2 应变传感器安装示意图2.实验模板差动放大器调零，如图1.3所示，方法为：①将实验模板上的±15V和“ ”接地端子与主控台上的相应电源/接地端准确连接；将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控台上数显电压表输入端V i相连。
○2将实验模板增益调节电位器R w3调节到大致中间位置。
○3检查无误后，合上主控台电源开关，调节实验模板上调零电位器R W4，使电压表显示为零(数显表置2V档)，完毕后关闭主控台电源。
3．应变式传感器实验模块面板图1.3，按图1.4接线。
将应变式传感器中任一个应变片(模板左上方的应变电阻R1～R4任选一个)接入电桥作为一个桥臂，它与R5、R6、R7接成直流电桥，将主控台的电压选择旋钮调至±4V输出，将V o+、Vo-端接入直流电桥电源端子。
电桥输出端接差动放大器输入端，放大器输出接数显表。
检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节R w1，使数显表显示为零，当调节R w1调零困难时，可以使用R w4微调实现调零。
图1.3 应变式传感器模块面板图图1.4 应变片单臂电桥实验线路4．在传感器托盘上依次放置10个砝码（每个20g），读取数显电压表数值，实验结果填入表1-1。
表1-1：单臂测量时输出电压与负载重量的关系（加载和卸载各测量5组）：重量（g）0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200加载时输出电压（mV）1 2 3 4 5卸载时输出电压（mV）1 2 3 4 5完成单臂桥称重加载和卸载实验后，选取一件随身物品如手机、钥匙串、眼镜等进行称重，记录其输出电压为。
(二)、应变片半桥差动实验承受相反应力的两个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，其桥路输出电压和灵敏度比单臂桥提高一倍。
图1.6 应变片半桥差动实验线路1．保持实验（一）的各旋钮位置不变。
2．根据图1.6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，调节R w1，使数显表显示为零，当调节R w1调零困难时，可以使用R w4微调实现调零。
同实验一（4）步骤，将实验数据记入表1-2注意保持运放增益不变（谨记在整个实验过程不得调整R w3旋钮）。
表1-2：半桥测量时，输出电压与负载重量的关系：重量（g）0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 加载时输出电压（mV）卸载时输出电压（mV）采用半桥差动测量电路，选取与单臂桥称重相同的物品进行称重，记录其输出电压为。
(三)、应变片全桥差动实验全桥差动测量电路中，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，桥路输出电压和灵敏度比半桥差动又提高了一倍，非线性误差进一步得到改善。
1．保持实验（二）的各旋钮位置不变。
2．根据图1.7接线，将R1、R2、R3、R4应变片接成全桥，注意电桥中任意相邻的两个应变片应承受相反应力，否则，全桥不能正常工作。
调节R w1，使数显表显示为零，当调节R w1调零困难时，可以使用R w4微调实现调零。
同实验一（4）步骤，将实验结果记入表1-3；注意保持运放增益不变（谨记在整个实验过程不得调整R w3旋钮）。
图1.7 应变片全桥实验线路表1-3：全桥测量时,输出电压与负载重量的关系重量（g）0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 加载时输出电压（mV）卸载时输出电压（mV）采用全桥差动测量电路，选取与前面电桥称重相同的物品进行称重，记录其输出电压为。
四、实验仪器与设备1. 应变式传感器实验模板1块2. 砝码（每个约20g）10个3. 托盘一个4. 直流数显电压表主控台5. ±15V电源、±4V电源主控台五、注意事项1. 实验前应将实验中使用的导线全部检测一遍，确保导线全部导通。
2. 实验模板接±15V直流电源时，一定要接准确，切不可接反烧毁运算放大器。
3. 在更换应变片时，应断开电源，只有在确保接线无误后方可接通电源。
4. 为了比较应变片单臂、半桥、全桥电路的电压灵敏度，这三种检测电路的实验过程中，桥路所加稳定电压(±4V)及差动放大器增益均应保持不变。
5. 差动放大器调零后，在实验过程中一般不再调整。
但是检测电桥则必须经常检查零点是否变化，并及时进行调整。
6. 实验中为防止电压表过载，在接好电路开通电源前，应先将量程打到最大(20V)，后根据实测数据的大小正确选择量程。
7. 本实验台上的地线是内部接通的，每块实验模板上的地线也内部接通。
8. 做此实验时应将低频振荡器的幅值关至最小，以减小其对直流电桥的影响。
六、创新和思考1．单臂电桥时，作为桥臂的电阻应变片应选用（）。
A.正(受拉)应变片B.负(受压)应变片C.正、负应变片均可以2．半桥测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（）。
A.对边B.邻边C.对边邻边都可以3．查阅资料，谈谈在实际工作和生活中应变片式传感器还有哪些用途。
七、实验报告要求1. 根据表1-1实验数据，对单臂电桥时应变称重装置的静态特性（线性度、灵敏度、迟滞和重复性）进行分析。
2. 根据单臂电桥、半桥差动、全桥差动称重实验数据，在同一坐标上绘制出上述结果的三条V-W特性曲线。
（建议采用matlab用最小二乘法拟合曲线）3. 计算三种测量电桥的灵敏度S，实验结果与理想结论是否一致？如不一致分析产生的原因。
4. 计算并比较单臂电桥、半桥、全桥测量时的非线性误差，得出相应的结论并阐述理由。
5. 根据单臂电桥、半桥、全桥测量结果，结合对随身物品称重输出电压，分析计算该物品的质量。
对计算结果进行对比，分析实验误差产生的原因。
6. 完成创新与思考中的问题。
实验二电容传感器位移的测量一、实验目的1.设计差动变面积式电容传感器的位移测量电路；2.通过差动变面积式电容传感器的应用进一步了解传感器的原理、测量电路及其它相关电路的作用；3.了解电容式传感器的动态性能及测量原理与方法。
