检测与变换实验讲义
实验一 金属箔式应变片性能实验
（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：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：
?R式中?RR?K?
l为电阻丝长度相对变化，
R???l为电阻丝电阻相对变化， K为应变灵敏系数，
金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受
力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压UO1?EK?4。
三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、士15V电源、土4V电源、万用表（自备）。 四、实验步骤：
1．应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，
R1?R2?R3?R4?350?，加热丝阻值为50?左右。
2．接入模板电源上15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板调节增益电位器RW3顺时针调节大致到中间位置，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，输出端与主控箱面板上数显表电压输入端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。
3．将应变式传感器的其中一个应变片R1 (模板左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂与，接好电桥调零电位器RW4，R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已连接好）
接上桥路电源上4V（从主控箱引入）如图1—2所示。检查接线无误后，合上主控箱电源
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开关。调节RW1，使数显表显示为零。
图1—2应变式传感器单臂电桥实验接线图
4．在电子称上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加破码和读取相应的数显表值，直到500g（或200g）砝码加完。记下实验结果填入表1—1，关闭电源。
5．根据表1—1计算系统灵敏度S，S??u?W（?u输出电压变化量；?W重量变化量），计算线性误差：?f1??maxyF?S?100%，式中?max为输出值与拟合直线的最大偏差；yF?S满量程输出值。
表1一1单臂电桥测量时，输出电压与加负载重量值 重量(g) 电压(mv) 五、思考题： 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。
（二）金属箔式应变片——半桥性能实验
一、实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点。 二、基本原理：不同受力方向的两片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Uo2?EK?2。 三、需用器件与单元：同实验（一）。
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四、实验步骤：
1．传感器安装同实验（一）。做实验（一）的第2步骤，实验模板差动放大器调零。
2．根据图1—3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边。接入桥路电源士4V，调节电桥调零电位器RW1；进行桥路调零，实验步骤3、4同实验（一）中 4、5的步骤，将实验数据记入表1－2，计算灵敏度S??u?W，非线性误差?f2。若实验时无数值显示说明R2与R1为相同受力状态应变片，应更换另一个应变片。
图1—3应变式传感器半桥实验接线图
表1一2半桥测量时，输出电压与加负载重量值 重量(g) 电压(mv) 五、思考题：
1．半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边（2）邻边。
2．桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：（1）电桥测量原理上存在非线性（2）应变片应变效应是非线性的（3）调零值不是真正为零。
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实验二 差动变压器的性能实验
（一）差动变压器的性能实验
一、实验目的：了解差动变压器的工作原理和特性。
二、基本原理：差动变压器由一只初级线圈和二只次级线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动输出。其输出电势反映出被测体的移动量。
三、需用器件与单元：差动变压器实验模板、测微头、双线示波器、差动变压器、音频信号源（音频振荡器）、直流电源、万用表。 四、实验步骤：
1．根据图2—1，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。
图2—1差动变压器电容传感器安装示意图
2．在模块上按图2—2接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的LV端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为4～5KHz（可用主控箱的数显表的频率档Fin输入来监测）。调节幅度使输出幅度为峰一峰值VP?P?2V（可用示波器监测： X轴为 0.2ms／div、Y轴CH1为1V／div、CH2为20mv／div）。图中1、2、3、4、5、6为连接线插座的插孔管脚编号。当然不看插座插孔号码，也可以判别初次级线圈及次级同名端。判别初次级线圈及次级线圈同名端方法如下：设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名
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端，按图2—2接线。当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅值变化很大，基本上能过零点，而且相位与初级线圈波形（LV音频信号VP?P?2V波形）比较能同相和反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。图中（1）、（2）、（3）、（4）为模块中的实验插孔。
图2—2双线示波器与基动变压器连结示意图
3．旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰一峰值VP?P为最小。这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，则另一个方向位移为负。从VP?P最小开始旋动测微头，每隔0.2mm从示波器上读出输出电压VP?P值填入下表（2-1）。再从VP?P最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。
表（2－1）差动变压器位移?X值与输出电压VP?P数据表
X(mm) V(mv) -0mm+ VP?P最小 4．实验过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。 根据表2－1画出Vop?p-X曲线，作出量程为主?1mm、?3mm灵敏度和的非线性误差。
五、思考题：
1．用差动变压器测量较高频率的振幅，例如1KHz的振动幅值，可以吗？差动变压器测量频率的上限受什么影响？
2．试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？
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