傳感技術(shù)實驗報告

哈爾濱理工大學(xué)實驗報告課程名稱：傳感技術(shù)學(xué)院：測控技術(shù)與通訊工程學(xué)院系部專業(yè)：測控技術(shù)及儀器目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"應(yīng)變片電橋性能實驗(1)\o"CurrentDocument"差動變壓器測位移實驗(15)\o"CurrentDocument"電容式傳感器的位移實驗(2)實驗一應(yīng)變片電橋性能實驗實驗類型：驗性適用專業(yè)：測控技術(shù)與儀器一、實驗?zāi)康模毫私怆娮钁?yīng)變片的工作原理與應(yīng)用并掌握應(yīng)變片測量電路。二、基本原理：電阻應(yīng)變式傳感器是在彈性元件上通過特定工藝粘貼電阻應(yīng)變片來組成。一種利用電阻材料的應(yīng)變效應(yīng)將工程結(jié)構(gòu)件的內(nèi)部變形轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。此類傳感器主要是通過一定的機(jī)械裝置將被測量轉(zhuǎn)化成彈性元件的變形，然后由電阻應(yīng)變片將彈性元件的變形轉(zhuǎn)換成電阻的變化，再通過測量電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化信號輸出。它可用于能轉(zhuǎn)化成變形的各種非電物理量的檢測，如力、壓力、加速度、力矩、重量等，在機(jī)械加工、計量、建筑測量等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。1、應(yīng)變片的電阻應(yīng)變效應(yīng)所謂電阻應(yīng)變效應(yīng)是指具有規(guī)則外形的金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)變而其電阻值也會產(chǎn)生相應(yīng)地改變，這一物理現(xiàn)象稱為“電阻應(yīng)變效應(yīng)”。以圓柱形導(dǎo)體為例：設(shè)其長為：L、半徑為r、材料的電阻率為p時，根據(jù)電阻的定義式得（1—1）當(dāng)導(dǎo)體因某種原因產(chǎn)生應(yīng)變時，其長度L、截面積A和電阻率p的變化為dL、dA、dp相應(yīng)的電阻變化為dR。對式（1—1）全微分得電阻變化率dR/R為:dRdLdRdLz亦+dpRLrp（1—2）式中：dL/L為導(dǎo)體的軸向應(yīng)變量與;dr/r為導(dǎo)體的橫向應(yīng)變量￡Lr由材料力學(xué)得：￡由材料力學(xué)得：￡l=-Mr(1—3)式中：以為材料的泊松比，大多數(shù)金屬材料的泊松比為0.3?0.5左右；負(fù)號表示兩者的變化方向相反。將式（1—3）代入式（1—2）得：告=（1+孕）告=（1+孕）E+星(1—4)式（1—4）說明電阻應(yīng)變效應(yīng)主要取決于它的幾何應(yīng)變（幾何效應(yīng)）和本身特有的導(dǎo)電性能（壓阻效應(yīng)）。2、應(yīng)變靈敏度它是指電阻應(yīng)變片在單位應(yīng)變作用下所產(chǎn)生的電阻的相對變化量。（1）、金屬導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏度K：主要取決于其幾何效應(yīng)；可取告四（1+孕）孔(告四（1+孕）孔(1—5)K=自°+孕）金屬導(dǎo)體在受到應(yīng)變作用時將產(chǎn)生電阻的變化，拉伸時電阻增大，壓縮時電阻減小，且與其軸向應(yīng)變成正比。金屬導(dǎo)體的電阻應(yīng)變靈敏度一般在2左右。（2）、半導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏度：主要取決于其壓阻效應(yīng)；dR/R<-dp。半導(dǎo)體材料之所以具有較大的電阻變化率，是因為它有遠(yuǎn)比金屬導(dǎo)體顯著得多的壓阻效應(yīng)。在半導(dǎo)體受力變形時會暫時改變晶體結(jié)構(gòu)的對稱性，因而改變了半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理，使得它的電阻率發(fā)生變化，這種物理現(xiàn)象稱之為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。不同材質(zhì)的半導(dǎo)體材料在不同受力條件下產(chǎn)生的壓阻效應(yīng)不同，可以是正（使電阻增大）的或負(fù)（使電阻減?。┑膲鹤栊?yīng)。也就是說，同樣是拉伸變形，不同材質(zhì)的半導(dǎo)體將得到完全相反的電阻變化效果。半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)主要體現(xiàn)為壓阻效應(yīng)，其靈敏度系數(shù)較大，一般在100到200左右。3、貼片式應(yīng)變片應(yīng)用在貼片式工藝的傳感器上普遍應(yīng)用金屬箔式應(yīng)變片，貼片式半導(dǎo)體應(yīng)變片（溫漂、穩(wěn)定性、線性度不好而且易損壞）很少應(yīng)用。一般半導(dǎo)體應(yīng)變采用N型單晶硅為傳感器的彈性元件，在它上面直接蒸鍍擴(kuò)散出半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜（擴(kuò)散出敏感柵），制成擴(kuò)散型壓阻式（壓阻效應(yīng)）傳感器。大本實驗以金屬箔式應(yīng)變片為研究對象。4、箔式應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)金屬箔式應(yīng)變片是在用苯酚、環(huán)氧樹脂等絕緣材料的基板上，粘貼直徑為0.025mm左右的金屬絲或金屬箔制成，如圖1—1所示。（a）絲式應(yīng)變片（b）箔式應(yīng)變片圖1—1（a）絲式應(yīng)變片（b）箔式應(yīng)變片金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，與絲式應(yīng)變片工作原理相同。電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為：△R/R=K￡式中：△R/R為電阻絲電阻相對變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù),￡二△L/L為電阻絲長度相對變化。5、測量電路為了將電阻應(yīng)變式傳感器的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號，在應(yīng)用中一般采用電橋電路作為其測量電路。電橋電路具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、測量范圍寬、線性度好且易實現(xiàn)溫度補償?shù)葍?yōu)點。能較好地滿足各種應(yīng)變測量要求，因此在應(yīng)變測量中得到了廣泛的應(yīng)用。電橋電路按其工作方式分有單臂、雙臂和全橋三種，單臂工作輸出信號最小、線性、穩(wěn)定性較差；雙臂輸出是單臂的兩倍，性能比單臂有所改善；全橋工作時的輸出是單臂時的四倍，性能最好。因此，為了得到較大的輸出電壓信號一般都采用雙臂或全橋工作?；倦娐啡鐖D1—2（a）、（b）、（c）所示。

(a)單臂(b)半橋(c)全橋圖1—2應(yīng)變片測量電路(a)單臂(b)半橋(c)全橋Uo=U①一U③=〔(R1+^R1)/(R1+^R1+R5)—R7/(R7+R6))E=｛〔(R7+R6)(R1+AR1)—R7(R5+R1+AR1)〕/f(R5+R1+AR1)(R7+R6)〕｝設(shè)R1=R5=R6=R7，且△R1/R1=AR/RVV1,△R/R=Ks,K為靈敏度系數(shù)。則Uoe(1/4)(aR1/R1)E=(1/4)(aR/R)E=(1/4)KE(b)、雙臂(半橋)同理:Uo^(1/2)(aR/R)E=(1/2)K￡E(C)、全橋：同理:Uoe(^R/R)E=K￡E6、箔式應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒炘韴D圖1—3應(yīng)變片單臂電橋性能實驗原理圖圖中R5、R6、R7為350Q固定電阻，R1為應(yīng)變片；RW1和R8組成電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)，E為供橋電源±4V。橋路輸出電壓Uo^（1/4）（aR4/R4）E=（1/4）（aR/R）E=（1/4）KsE。差動放大器輸出為Vo。三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的土2V?±10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)０?、托盤、砝碼；4+位數(shù)顯萬用表（自備）。2四、實驗步驟：應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０逭f明：應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０逵蓱?yīng)變式雙孔懸臂梁載荷傳感器（稱重傳感器）、加熱器+5V電源輸入口、多芯插頭、應(yīng)變片測量電路、差動放大器組成。實驗?zāi)０逯械腞1（傳感器的左下）、R2（傳感器的右下）、R3（傳感器的右上）、R4（傳感器的左上）為稱重傳感器上的應(yīng)變片輸出口；沒有文字標(biāo)記的5個電阻符號是空的無實體，其中4個電阻符號組成電橋模型是為電路初學(xué)者組成電橋接線方便而設(shè)；R5、R6、R7是350Q固定電阻，是為應(yīng)變片組成單臂電橋、雙臂電橋（半橋）而設(shè)的其它橋臂電阻。加熱器+5V是傳感器上的加熱器的電源輸入口，做應(yīng)變片溫度影響實驗時用。多芯插頭是振動源的振動梁上的應(yīng)變片輸入口，做應(yīng)變片測量振動實驗時用。1、將托盤安裝到傳感器上，如圖1—4所示。圖1—4傳感器托盤安裝示意圖2、測量應(yīng)變片的阻值：當(dāng)傳感器的托盤上無重物時，分別測量應(yīng)變片R1、R2、R3、

R4的阻值。在傳感器的托盤上放置10只砝碼后再分別測量R1、R2、R3、R4的阻值變化，分析應(yīng)變片的受力情況（受拉的應(yīng)變片：阻值變大，受壓的應(yīng)變片：阻值變小。）。'振動梁應(yīng)變插座托盤應(yīng)變片加熱器-15V+15VR15ES4HE1P卜°O應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０?【C4析應(yīng)變片的受力情況（受拉的應(yīng)變片：阻值變大，受壓的應(yīng)變片：阻值變小。）。'振動梁應(yīng)變插座托盤應(yīng)變片加熱器-15V+15VR15ES4HE1P卜°O應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０?【C4/加熱器4（1/2）位數(shù)顯萬用表2k檔測阻值戰(zhàn)R4ofiOo3、實驗?zāi)０逯械牟顒臃糯笃髡{(diào)零：按圖1—6示意接線，將主機(jī)箱上的電壓表量程切換開關(guān)切換到2V檔，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3合適位置（先順時針輕輕轉(zhuǎn)到底，再逆時針回轉(zhuǎn)1圈）后，再調(diào)節(jié)實驗?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。

圖1—6差動放在器調(diào)零接線示意圖4、應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒灒宏P(guān)閉主機(jī)箱電源，按圖1—7示意圖接線，將土2V?±10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到±4V檔。檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主機(jī)箱電壓表顯示為零;在傳感器的托盤上依次增加放置一只20g砝碼（盡量靠近托盤的中心點放置），讀取相應(yīng)的數(shù)顯表電壓值，記下實驗數(shù)據(jù)填入表1。托盤I|—±4V±|V±SV|直流穩(wěn)壓電源±2VIf、+15V-15V+5V+Vout\量靠近托盤的中心點放置），讀取相應(yīng)的數(shù)顯表電壓值，記下實驗數(shù)據(jù)填入表1。托盤I|—±4V±|V±SV|直流穩(wěn)壓電源±2VIf、+15V-15V+5V+Vout\-Vout應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０寮訜崞?15V/+15V應(yīng)變片d+5V2o加熱器匚R1R2R3R4-IRK|~2_IEEil—l忐r4l-TE19I-E.+E；rtrtrtrti4>J6.e止』94>J:開關(guān)\2電壓表\圖1—7應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒灲泳€示意圖重量(g)020406080100120140160180200電壓(mV)0-1.5-3.3-4.8-6.4-7.9-9.6-11.2-12.8-15-16.6系統(tǒng)靈敏-13.3-11.1-13.3-12.5-13.3-11.7-12.5-12.5-12.5度s31303600-9.0902.76非線性誤16.8437.0453.8771.8388.66107.7125.7143.6168.3186.31差60.00%%%%%%4%0%6%5%%5、根據(jù)表1數(shù)據(jù)作出曲線并計算系統(tǒng)靈敏度S=aV/aW(△V輸出電壓變化量，△W重量變化量)和非線性誤差0，6=△m/yFSX100%式中△m為輸出值(多次測量時為平均值)與擬合直線的最大偏差：yFS滿量程輸出平均值，此處為200g。實驗完畢，關(guān)閉電源。應(yīng)變片半橋性能實驗一、實驗?zāi)康模毫私鈶?yīng)變片半橋(雙臂)工作特點及性能。二、基本原理：應(yīng)變片基本原理參閱實驗一。應(yīng)變片半橋特性實驗原理如圖1—8所示。不同應(yīng)力方向的兩片應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，輸出靈敏度提高，非線性得到改善。其橋路輸出電壓Uo^(1/2)(aR/R)E=(1/2)K8E。圖1—8應(yīng)變片半橋特性實驗原理圖三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的土2V?±10V(步進(jìn)可調(diào))直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)０?、托盤、砝碼。四、實驗步驟：1、按實驗一(單臂電橋性能實驗)中的步驟1和步驟3實驗。2、關(guān)閉主機(jī)箱電源，除將圖1—7改成圖1—9示意圖接線外，其它按實驗一中的步驟4實驗。讀取相應(yīng)的數(shù)顯表電壓值，填入表2中。

+15V童程切換開美機(jī)箱iI&g*,氏；zT2vL^￡\2\ii電壓表+15V童程切換開美機(jī)箱iI&g*,氏；zT2vL^￡\2\ii電壓表\\i|±4V土冒±8V'直流穩(wěn)壓電源土部〉-」-<±1皿i+15V-1.5V+『r+Vout\-Vout應(yīng)變傳感器實軟模板加熱器WR1RR4應(yīng)變片，,d上/加熱器圖1—9應(yīng)變片半橋?qū)嶒灲泳€示意圖重量(g)020406080100120140160180200電壓(mV)03.36.710.113.516.920.3123.26.529331.9.2系統(tǒng)靈敏度S6.065.885.885.885.885.880.19-0.215.886.06-0.801618非線性誤0.0017.936.555.073.592.1110.125.144.2.0.差。%8%1%4%7%0%63%89%41%9493%%3、根據(jù)表2實驗數(shù)據(jù)作出實驗曲線，計算靈敏度S=AV/aW,非線性誤差0。實驗完畢，關(guān)閉電源。電壓(mV)3535五、思考題：半橋測量時兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時，應(yīng)放在：(1)對邊(2)鄰邊。答：鄰邊。應(yīng)變片全橋性能實驗一、實驗?zāi)康模毫私鈶?yīng)變片全橋工作特點及性能。二、基本原理：應(yīng)變片基本原理參閱實驗一。應(yīng)變片全橋特性實驗原理如圖3—1所示。應(yīng)變片全橋測量電路中，將應(yīng)力方向相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)叄喾吹膽?yīng)變片接入電橋鄰邊。當(dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1=R2=R3=R4，其變化值A(chǔ)&=△R2=AR3=AR4時，其橋路輸出電壓Uq^(aR/R)E=KSE。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性得到改善。

圖1—10應(yīng)變片全橋特性實驗接線示意圖三、需用器件和單元：主機(jī)箱中的土2V?±10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)０?、托盤、砝碼。四、實驗步驟：實驗步驟與方法（除了按圖3—2示意接線外）參照實驗二，將實驗數(shù)據(jù)填入表3作出實驗曲線并進(jìn)行靈敏度和非線性誤差計算。實驗完畢，關(guān)閉電源。圖1—11應(yīng)變片全橋性能實驗接線示意圖

-60-70-BO電壓(rmV)O表3全橋性能實驗數(shù)據(jù)-60-70-BO電壓(rmV)O重量（g）020406080100120140160180200電壓（mV）0-8.6-15.4-22.2-29.1-35.8-42.6-49.4-56.262.9—69.8系統(tǒng)靈敏度S-2.33-2.94-2.94-2.90-2.99-2.94-2.94-2.94-2.99-2.900.62非線性誤差d0.00%21.94%39.29%56.63%74.23%91.33%108.67%126.02%143.37%160.46%178.06%五、思考題：測量中，當(dāng)兩組對邊（R1、R3為對邊）電阻值R相同時，即R1=R3,R2=R4，而R1NR2時，是否可以組成全橋：（1）可以（2）不可以。答：可以。應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較一、實驗?zāi)康模罕容^單臂、半橋、全橋輸出時的靈敏度和非線性度，得出相應(yīng)的結(jié)論。二、基本原理：如圖1—12（a）、（b）、（c）圖1—12應(yīng)變電橋(a)、Uo=U①一U③=〔(R1+^R1)/(R1+^R1+R2)—R4/(R3+R4)〕E=〔(1+^R1/R1)/(1+^R1/R1+R2/R2)—(R4/R3)/(1+R4/R3)〕E設(shè)R1=R2=R3=R4，且△R1/R1VV1。Uo^(1/4)(aR1/R1)E所以電橋的電壓靈敏度:S=Uo/(^R1/R1)^kE=(1/4)E(b)、同理:Uo^(1/2)(^R1/R1)ES=(1/2)E(C)、同理:Uo^(^R1/R1)ES=E三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的土2V?±10V(步進(jìn)可調(diào))直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)０濉⑼斜P、砝碼。四、實驗步驟：根據(jù)實驗一、二、三所得的單臂、半橋和全橋輸出時的靈敏度和非線性度，從理論上進(jìn)行分析比較。經(jīng)實驗驗證闡述理由(注意：實驗一、二、三中的放大器增益必須相同)。實驗完畢，關(guān)閉電源。結(jié)論驗證證實該理論。實驗二差動變壓器測位移實驗一、實驗?zāi)康模毫私獠顒幼儔浩鳒y位移時的應(yīng)用方法二、基本原理：差動變壓器的工作原理參閱實驗十一（差動變壓器性能實驗）。差動變壓器在應(yīng)用時要想法消除零點殘余電動勢和死區(qū)，選用合適的測量電路，如采用相敏檢波電路，既可判別銜鐵移動（位移）方向又可改善輸出特性，消除測量范圍內(nèi)的死區(qū)。圖2一1是差動變壓器測位移原理框圖。圖2—1差動變壓器測位移原理框圖三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的土2V?±10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器、電壓表；差動變壓器、差動變壓器實驗?zāi)０?、移相?相敏檢

波器/低通濾波器實驗?zāi)０澹粶y微頭、雙蹤示波器四、實驗步驟：1、相敏檢波器電路調(diào)試：將主機(jī)箱的音頻振蕩器的幅度調(diào)到最?。ǚ刃o逆時針輕輕轉(zhuǎn)到底），將土2V?±10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到±2V檔，再按圖2-2示意接線，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率f=5kHz,峰峰值Vp-p=5V（用示波器測量。提示：正確選擇雙蹤示波器的“觸發(fā)”方式及其它設(shè)置，觸發(fā)源選擇內(nèi)觸發(fā)CH1、水平掃描速度TIME/DIV在0.1mS?10HS范圍內(nèi)選擇、觸發(fā)方式選擇AUTO；垂直顯示方式為雙蹤顯示DUAL、垂直輸入耦合方式選擇直流耦合DC、靈敏度VOLTS/DIV在1V?5V范圍內(nèi)選擇。當(dāng)CH1、CH2輸入對地短接時移動光跡線居中后再去測量波形。）。調(diào)節(jié)相敏檢波器的電位器鈕使示波器顯示幅值相等、相位相反的兩個波形。到此，相敏檢波器電路已調(diào)試完畢，以后不要觸碰這個電位器鈕。關(guān)閉電源。fJIa-Q已調(diào)試完畢，以后不要觸碰這個電位器鈕。關(guān)閉電源。fJIa-QO[--■-JL--11、調(diào)節(jié)測微頭的微分筒，使微分筒的0刻度值與軸套上的10mm刻度值對準(zhǔn)。按圖2—3示意圖安裝、接線。將音頻振蕩器幅度調(diào)節(jié)到最?。ǚ刃o逆時針輕轉(zhuǎn)到底）；電壓表的量程切換開關(guān)切到20V檔。檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)。

航空差動變壓器實驗?zāi)０逑嗝魴z波器圖2—3差動變壓器測位移組成、接線示意圖航空差動變壓器實驗?zāi)０逑嗝魴z波器3、調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率f=5KHz、幅值Vp-p=2V（用示波器監(jiān)測）。4、松開測微頭安裝孔上的緊固螺釘。順著差動變壓器銜鐵的位移方向移動測微頭的安裝套（左、右方向都可以），使差動變壓器銜鐵明顯偏離L1初級線圈的中點位置，再調(diào)節(jié)移相器的移相電位器使相敏檢波器輸出為全波整流波形（示波器CH2的靈敏度VOLTS/DIV在1V?50mV范圍內(nèi)選擇監(jiān)測）。再慢悠悠仔細(xì)移動測微頭的安裝套，使相敏檢波器輸出波形幅值盡量為最?。ūM量使銜鐵處在L1初級線圈的中點位置）并擰緊測微頭安裝孔的緊固螺釘。5、調(diào)節(jié)差動變壓器實驗?zāi)０逯械腞w1、RW2（二者配合交替調(diào)節(jié)）使相敏檢波器輸出波形趨于水平線（可相應(yīng)調(diào)節(jié)示波器量程檔觀察）并且電壓表顯示趨于0V。6、調(diào)節(jié)測微頭的微分筒，每隔△X=0.2mm從電壓表上讀取低通濾波器輸出的電壓值，填入下表4。

表4差動變壓器測位移實驗數(shù)據(jù)X(mm)-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81V(mV)25.420.75.77.52.50-4.5-14.3-27-44.5-58.9V(mV)24.720.313.26.52.4-1.7-5.1-12.8-32.8-45.2-59.27、根據(jù)表4數(shù)據(jù)作出實驗曲線并截取線性比較好的線段計算靈敏度S=AV/AX與線性度及測量范圍。實驗完畢關(guān)閉電源開關(guān)。?V(mV)?U(mV)………城，性(V[rnVH取線段X由-1到-0.4X(mm)-1-0.8-0.6-0.4V(mV)25.420.75.77.5V(mV)24.720.313.26.5S22.7555.2512.2523線性度測量范圍為-1到-0.4附：測微頭的組成與使用測微頭組成和讀數(shù)如圖2—4測微頭讀數(shù)圖圖2—4測位頭組成與讀數(shù)測微頭組成：測微頭由不可動部分安裝套、軸套和可動部分測桿、微分筒、微調(diào)鈕組成。測微頭讀數(shù)與使用：測微頭的安裝套便于在支架座上固定安裝，軸套上的主尺有兩排刻度線，標(biāo)有數(shù)字的是整毫米刻線（1mm/格），另一排是半毫米刻線（0.5mm/格）；微分筒前部圓周表面上刻有50等分的刻線（0.01mm/格）。用手旋轉(zhuǎn)微分筒或微調(diào)鈕時，測桿就沿軸線方向進(jìn)退。微分筒每轉(zhuǎn)過1格，測桿沿軸方向移動微小位移0.01mm，這也叫測微頭的分度值。測微頭的讀數(shù)方法是先讀軸套主尺上露出的刻度數(shù)值，注意半毫米刻線；再讀與主尺橫線對準(zhǔn)微分筒上的數(shù)值、可以估讀1/10分度，如圖2—4甲讀數(shù)為3.678mm，不是3.178mm；遇到微分筒邊緣前端與主尺上某條刻線重合時，應(yīng)看微分筒的示值是否過零，如圖2—4乙已過零則讀2.514mm；如圖2—4丙未過零，則不應(yīng)讀為2mm，讀數(shù)應(yīng)為1.980mm。測微頭使用：測微頭在實驗中是用來產(chǎn)生位移并指示出位移量的工具。一般測微頭在使用前，首先轉(zhuǎn)動微分筒到10mm處（為了保留測桿軸向前、后位移的余量），再將測微頭軸套上的主尺橫線面向自己安裝到專用支架座上，移動測微頭的安裝套（測微頭整體移動）使測桿與被測體連接并使被測體處于合適位置（視具體實驗而定）時再擰緊支架座上的緊固螺釘。當(dāng)轉(zhuǎn)動測微頭的微分筒時，被測體就會隨測桿而位移。五、思考題：差動變壓器輸出經(jīng)相敏檢波器檢波后是否消除了零點殘余電壓和死區(qū)？從實驗曲線上能理解相敏檢波器的鑒相特性嗎？答：沒有，因為在由1到-1的測量過程中，經(jīng)過0點時數(shù)據(jù)為-1.7。實驗三電容式傳感器的位移實驗一、實驗?zāi)康模毫私怆娙菔絺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)及其特點。二、基本原理：1、原理簡述：電容傳感器是以各種類型的電容器為傳感元件，將被測物理量轉(zhuǎn)換成電容量的變化來實現(xiàn)測量的。電容傳感器的輸出是電容的變化量。利用電容C=￡A/d關(guān)系式通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測量電路可以選廉、A、d中三個參數(shù)中，保持二個參數(shù)不變，而只改變其中一個參數(shù)，則可以有測干燥度（￡變）、測位移（d變）和測液位（A變）等多種電容傳感器。電容傳感器極板形狀分成平板、圓板形和圓柱（圓筒）形，雖還有球面形和鋸齒形等其它的形狀，但一般很少用。本實驗采用的傳感器為圓筒式變面積差動結(jié)構(gòu)的電容式位移傳感器，差動式一般優(yōu)于單組（單邊）式的傳感器。它靈敏度高、線性范圍寬、穩(wěn)定性高。如圖3—1所示：它是有二個圓筒和一個圓柱組成的。設(shè)圓筒的半徑為R；圓柱的半徑為r；圓柱的長為x，則電容量為C=￡2兀x/ln（R/r）。圖中C1、C2是差動連接，當(dāng)圖中的圓柱產(chǎn)生AX位移時，電容量的變化量為AC=C1—C2=￡2k2aX/ln（R/r），式中￡2兀、ln（R/r）為常數(shù)，說明aC與應(yīng)位移成正比，配上配套測量電路就能測量位移。

圖3-1實驗電容傳感器結(jié)構(gòu)2、測量電路（電容變換器）：測量電路畫在實驗?zāi)０宓拿姘迳?。其電路的核心部分圖，在圖3-2中，環(huán)形充放電電路由D3、D4、D5、D6二極管、C4電容、L1電感和CX1在圖3-2中，環(huán)形充放電電路由D3、圖3—2二極管環(huán)形充放電電路當(dāng)高頻激勵電壓（f>100kHz）輸入到^點，由低電平E1躍到高電平E2時，電容CX1和CX2兩端電壓均由E1充到E2。充電電荷一路由a點經(jīng)D3到b點，再對CX1充電到O點（地）；另一路由由a點經(jīng)C4到c點，再經(jīng)D5到d點對CX2充電到O點。此時，D4和D6由于反偏置而截止。在t1充電時間內(nèi)，由a到c點的電荷量為：Q1=CX2（E2-E1）（3—1）當(dāng)高頻激勵電壓由高電平E2返回到低電平E1時，電容CX1和CX2均放電。CX1經(jīng)b點、D4、c點、C4、a點、L1放電到O點；CX2經(jīng)d點、D6、L1放電到O點。在七2放電時間內(nèi)由c點到a點的電荷量為：Q2=Cx1（E2-E1）（3—2）當(dāng)然，（3—1）式和（3—2）式是在04電容值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳感器的CX1和CX2電容值的前提下得到的結(jié)果。電容C4的充放電回路由圖16—2中實線、虛線箭頭所示。在一個充放電周期內(nèi)（T=t1+t2），由c點到a點的電荷量為：Q=Q2-Q1=（Cx「Cx2）（E2-E1）=MxaE（3—3）式中：Cx1與Cx2的變化趨勢