《现代检测与传感技术》实验指导书

实验二 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（实验模块上对应变片的受力方向有标识）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、需要器件与单元：应变式传感器实验模块、应变式传感器、砝码、数显表（主控台上电压表）、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。

四、实验步骤：

1、保持金属箔式应变片实验中的Rw3和Rw4的当前位置不变。

2、根据图1-3接线。R1、R2为实验模块左上方的应变片，此时要根据模块上的标识确认R1和R2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±4V，检查连线无误后，合上主控箱电源，调节电桥调零电位器Rw1进行桥路调零。依次轻放标准砝码，将实验数据记入表1-2，根据表1-2计算灵敏度S=?u/?W，非线性误差?f2。

接主控箱电接数显表

源输出 Vi 地 接主控箱电源输出

图1-3 应变式传感器半桥实验接线图

表1-2 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：

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。

实验三 金属箔式应变片——全桥性能实验

一、实验目的：了解全桥测量电路的优点。

二、基本原理：全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，受力方向不同的接入邻边，当应变片初始阻值：R1= R2= R3= R4，其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时，其桥路输出电压Uo3=KE?。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。

三、需用器件和单元：应变式传感器实验模块、应变式传感器、砝码、数显表（主控台上电压表）、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。

四、实验步骤：

1、保持单臂、半桥实验中的Rw3和Rw4的当前位置不变。

2、根据图1-4接线，实验方法与半桥实验相同，全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，将实验结果填入表1-3；进行灵敏度和非线性误差计算。

表1-3全桥输出电压与加负载重量值

重量（g） 电压（mv） 3、根据表1-3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）；计算非线性误差：?f1=?m/yF ?S×100%，式中?m为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差，yF ?S满量程输出平均值。

实验四 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比

较

一、实验目的：比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。

二、实验步骤：根据实验一、二、三所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度，从理论上进行分析比较。阐述理由（注意：实验一、二、三中的放大器增益RW3必须在相同的位置）。

实验十二 直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验

一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。

二、基本原理：根据霍尔效应、霍尔电势UH = KHIB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它就可以进行位移测量。

三、需用器件与单元：霍尔传感器实验模块、霍尔传感器、直流源±4V、±15V、测微头、数显单元。

四、实验步骤：

1、将霍尔传感器按图5-1安装。霍尔传感器与实验模块的连接按图5-2进行。1、3为电源±4V，2、4为输出。

2、开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置，再调节Rw1（Rw3处于中间位置）使数显表指示为零。

2 1 1 3 2 3 4 Vi 主控箱

数显表

连线插座编号 1、3为电源线 2、4为信号输出

4 图5-2 霍尔传感器位移直流激励接线图

3、旋转测微头向轴向方向推进，每转动0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表5-1。

表5-1

X（mm） V（mv） 作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。 五、思考题：

本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？