目录
实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 (1)
实验二金属箔式应变片——半桥性能实验 (4)
实验三金属箔式应变片——全桥性能实验 (6)
实验四直流全桥的应用——电子秤实验 (8)
实验五差动变压器的性能测定 (9)
实验六差动变压器零点残余电压测定及补偿 (11)
实验七激励频率对差动变压器特性的影响 (13)
实验八电容式传感器的位移特性实验 (15)
实验九直流激励时霍尔传感器位移特性实验 (17)
实验十 Pt100热电阻测温实验 (19)
实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
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
金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。
金属的电阻表达式为：
l
R S
ρ
= （1） 当金属电阻丝受到轴向拉力F 作用时，将伸长l ∆，横截面积相应减小S ∆，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变ρ∆，故引起电阻值变化R ∆。对式（1）全微分，并用
相对变化量来表示，则有：
R l S R l S ρ
ρ
∆∆∆∆=-+ （2） 式中的l
l
∆为电阻丝的轴向应变，用ε表示，常用单位με
（1με=1×6
10mm
mm -）。若径向应变为r
r
∆，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用
泊松比μ表示为l r
r
l μ∆∆=-（），因为S S ∆=2（r r
∆），则（2）式可以写成：
01212R l l l
k R l l l l l
ρρρμμρ∆∆∆∆∆∆=++=++=∆（）（） （3） 式（3）为“应变效应”的表达式。0k 称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，0
k 受两个因素影响，一个是（1+μ2），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是ρ
ρε∆（）
，
是材料的电阻率ρ随应变引起的（称“压阻效应”）。对于金属材料而言，以前者为主，则μ210+≈k ，对半导体，0k 值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成比例。通常金属丝的灵敏系数0k =2左右。
用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，根据（3）式，可以得到被测对象的应变值ε，而根据应力应变关系
εσE = （4）
式中 σ——测试的应力；
E ——材料弹性模量。
可以测得应力值σ。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。电阻应变片可分为金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片。
三、需用器件与单元
传感器实验箱（二）中应变式传感器实验单元、砝码、智能直流电压表（或虚拟仪表中直流电压表）、±15V电源、±5V电源，传感器调理电路挂件。
四、实验内容与步骤
1．应变片的安装位置如图（1－1）所示，应变式传感器已装到应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。可用万用表进行测量，R1=R2=R3=R4=350Ω。
图1-1 应变式传感器安装示意图
2．接入模板电源±15V（从面板上引入），检查无误后，合上主控台电源开关，调节Rw3使之大致位于中间位置，再进行差动放大器调零，方法为：将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控台面板上数显电压表输入端V i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）。关闭主控台电源。（注意：当Rw3的位置一旦确定，就不能改变。）
3．按图1-2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与R5、R6、R7接成直流电桥，（R5、R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±5V，如图1-2所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关，调节Rw1，使数显表显示为零。
4．在砝码盘上放置一只砝码，读取数显表数值，以后每次增加一个砝码并读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记下实验结果填入表1-1，关闭电源。
表1-1
单臂电桥输出电压与所加负载重量值
重量(g) 电压(mv) R1R2
R3 R4
图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图
5． 根据表1-1计算系统灵敏度W U S ∆∆=/（U ∆输出电压的变化量，W ∆重量
变化量）和非线性误差δf1=Δm/y FS ×100％ 式中m ∆（多次测量时为平均值）
为输出值与拟合直线的最大偏差：y FS 满量程输出平均值,此处为200g 。
五、实验注意事项
1．不要在砝码盘上放置超过1kg 的物体，否则容易损坏传感器。 2．电桥的电压为±5V ，绝不可错接成±15V ，否则可能烧毁应变片。 六、思考题
1．单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。 七、实验报告要求
1．记录实验数据，并绘制出单臂电桥时传感器的特性曲线。 2．从理论上分析产生非线性误差的原因。
实验二 金属箔式应变片——半桥性能实验
一、实验目的
1．了解半桥的工作原理。
2．比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。 二、基本原理
把不同受力方向的两只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。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U O2＝/2EG ε。 式中E 为电桥供电电压。 三、需用器件与单元
传感器实验箱（二）中应变式传感器实验单元，传感器调理电路挂件中应变式传感器实验模板、砝码、智能直流电压表（或虚拟直流电压表）、±15V 电源、±5V 电源。 四、实验内容与步骤
1．接入模板电源±15V （从主控箱引入），检查无误后，合上主控台电源开关，进行差动放大器调零，方法为：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）。关闭主控箱电源。
2．根据图2-1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，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻
图2-1 应变式传感器半桥实验接线图
边。接入桥路电源±5V ，调节电桥调零电位器Rw1进行桥路调零，重复实验一中的步骤4、5，将实验数据记入表2-1，计算灵敏度W U S ∆∆=/2，非线性误差2f δ。若实验时显示数值不变化说明R1与R2两应变片受力状态相同。则应更换应变片。
重量（g ）
