实验一 电容传感器位移测量静态特性校准实验
一、实验目的
掌握电容式传感器的工作原理和测量方法。 熟悉位移传感器静态特性校准方法
进一步掌握计算传感器非线性度，迟滞误差和重复性误差的方法 二、实验原理
电容式传感器有多种形式，本仪器中是差动平行变面积式。传感器由两组定片和一组动片组成。当安装于振动台上的动片上、下改变位置，与两组静片之间的相对面积发生变化，极间电容也发生相应变化，成为差动电容。如将上层定片与动片形成的电容定为CX1，下层定片与动片形成的电容定为CX2，当将CX1和CX2接入双T型桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关。 三、实验所需部件
电容传感器、电容变换器、差动放大器、低通滤波器、低频振荡器、测微头。
图（1）
四、实验步骤
1．按图（1）接线，电容变换器和差动放大器的增益适度。
2．装上测微头，带动振动台位移，使电容动片位于两静片中，此时差动放大器输出应为零。
3．以此为起点，向上和向下位移电容动片，每次0.5mm，直至动片与一组静片全部重合为止。记录数据，并作出V—X曲线，求得灵敏度。 X(mm) V(v) 0 CX2 CX1 电容变换器 低 通 差放 电压表
－ ＋ 4．低频振荡器输出接“激振I”端，移开测微头，适当调节频率和振幅，使差放输出波形较大但不失真，用示波器观察波形。 五、注意事项
1．电容动片与两定片之间的片间距离须相等，必要时可稍做调整。位移和振动时均应避免擦片现象，否则会造成输出信号突变。
2．如果差动放大器输出端用示波器观察到波形中有杂波，请将电容变换器增益进一步减小。
3.由于悬臂梁弹性恢复的滞后，进行反相采集时测微仪虽然回到起始位置，但系统输出电压可能并不回到零，此时可反向位移悬臂梁使输出电压过零后再回起始位置，待系统输出为零后进行反方向的采集。
实验二（1）箔式应变片性能――应变电桥
一、实验目地：
1． 观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。 2． 测试应变梁变形的应变输出。 3． 比较各桥路间的输出关系。 二、实验原理：
本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情况。
应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。
电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为△R1／R1、△R2／R2、△R3／R3、△R4／R4，当使用一个应变片时，?R?变片组成差动状态工作，则有?R?＝R2＝R3＝R4＝R，?R?Δ；当二个应R2ΔR；用四个应变片组成二个差动对工作，且R1R4ΔR。 R由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。 三、实验所需部件：
直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、（或双孔悬臂梁、称重砝码）、电压表。 四、实验步骤：
1．调零。开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“＋、－”输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要变化。
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2．按图（2）将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R1、R2、R3、和WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。直流激励电源为 ±4V。
图 （2）
测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。 3．确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。 调整电桥WD电位器，使测试系统输出为零。
4．以悬臂梁水平状态下电路输出电压为零为起点，旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，测微头每移动0.5mm（每圈是0.5mm）记录一个差动放大器输出电压值，并列表。（或在双孔悬臂梁称重平台上依次放上砝码，进行上述实验）。
位移（圈） ＋4V R R2 ＋ WD －4V R3 R1 － V -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 电压 V 根据表中所测数据计算灵敏度S，S＝△V／△X，并在坐标图上做出V－X关系曲线。 五、注意事项：
1．实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。
2．接插线插入插孔，以保证接触良好，，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。
3．稳压电源不要对地短路。
实验二（2） 箔式应变片三种桥路性能比较
一、实验原理：
说明实际使用的应变电桥的性能和原理。
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已知单臂、半桥和全桥电路的∑R分别为△R/R、2△R／R、4△R／R。根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/42E2∑R，电桥灵敏度Ku＝V／△R／R，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度度分别为1/4E、1/2E和E.。由此可知，当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。 二、实验所需部件
直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、（或双孔悬臂梁、称重砝码）、电压表。 三、实验步骤：
1．在完成实验二（1）的基础上，不变动差动放大器增益和调零电位器，依次将图（1）中电桥固定电阻R1、R2、R3换成箔式应变片，分别接成半桥和全桥测试系统。
2．重复实验二（1）中3－4步骤，测出半桥和全桥输出电压并列表，计算灵敏度。 3．在同一坐标上描出V－X曲线，比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。 四、注意事项：
1．应变片接入电桥时注意其受力方向，一定要接成差动形式。
2．直流激励电压不能过大，以免造成应变片自热损坏。
3．由于进行位移测量时测微头要从零→正的最大值，又回复到零，再→负的最大值，因此容易造成零点偏移，因此计算灵敏度时可将正△X的灵敏度与负的△X的灵敏度分开计算。再求平均值，以后实验中凡需过零的实验均可采用此种方法。
实验二（3）箔式应变片的温度效应
一、实验目的：
说明温度变化对应变测试系统的影响。 二、实验原理：
温度变化引起应变片阻值发生变化的原因是应变片电阻丝的温度系数及电阻丝与测试中的膨胀系数不同。由此引起测试系统输出电压发生变化。 三、实验所需部件：
直流稳压电源、电桥、差动放大器、电压表、测微头、加热器、温度计（可用仪器中的P－N结温度传感器或热电偶作测温参考）。 四、实验步骤：
1．按图（2）接线，开启电源，调整系统输出为零。
2．记录加热前测试系统感受的温度，可用温度计、热电偶或集成温度传感器测得。 3．开启“加热”电源，观察测试系统输出电压随温度升高而发生的变化。待电压读
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数基本稳定后记下电压值及温度升高值。（加热时间不宜过长，否则会烧坏应变片，建议加热时间不超过2分钟）
4．求出温度漂移值△V／△T。 五、注意事项：
由于本仪器中所使用的BHF箔式应变片具有防自蠕变性能，因此温度系数还是比较小的。
实验二（4）应变电路的温度补偿
一、实验目的：
由于温度变化引入了测量误差，因此实用测试电路中必须进行温度补偿。 二、实验原理：
用补偿片法是应变电桥温度补偿方法中的一种，如图（3）所示。
在电桥中，R1为工作片，R2为补偿片，R1＝R2。当温度变化时两应变片的电阻变化△R1与△R2符号相同，数量相等，桥路如原来是平衡的，则温度变化后R1R4＝R2R3，电桥仍满足平衡条件，无漂移电压输出，由于补偿片所贴位置与工作片成90°，所以只感受温度变化，而不感受悬臂梁的应变。
R1 R2 V R R 4 3 图（3）
图（4）
WD ＋4V R′ R － ＋ 差放 电压表 V －4V R R″ 三、实验所需部件：
直流稳压电源、电桥、差动放大器、电压表、测微头、加热器、温度计（可用仪器中的P－N结温度传感器或热电偶作测温参考）。 四、实验步骤：
1．按图（4）接好线路，图中R′和R″分别为箔式工作片和补偿片。
2．重复实验二（3）的1－4步骤，求出接入补偿片后系统的温度漂移，并与实验二（3）的结果进行比较。
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