本科生实验报告实验课程电气测试技术学院名称核技术与自动化工程学院专业名称电气工程及其自动化学生恒学生学号3201106050504指导教师王洪辉实验地点逸夫楼6C801实验成绩二〇一四年十二月填写说明1、适用于本科生所有的实验报告（印制实验报告册除外）；2、专业填写为专业全称，有专业方向的用小括号标明；3、格式要求：①用A4纸双面打印（封面双面打印）或在A4大小纸上用蓝黑色水笔书写。
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实验一 金属箔式应变片性能—单臂电桥（910型 998B 型）1.1 实验目的（1）了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。
（2） 观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式； （3） 测试应变梁变形的应变输出； （4） 熟悉传感器常用参数的计算方法。
1.2 实验原理本实验说明箔式应变片及单臂单桥的工作原理和工作情况。
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1/1R R ∆、差动状态工作，则有RRR ∆=∑2；用四个应变片组成二个差对工作，且 R1=R2=R3=R4=R,R RR ∆=∑4。
由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。
所需单元及部件:直流稳压电源、差动放大器、双平衡梁、测微头、一片应变片、F/V 表、主、副电源。
旋转初始位置：直流稳压电源打到±2V 档，F/V 表打到2V 档，差动放大增益最大。
1.3 实验步骤1.3.1了解所需单元、部件在试验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。
上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。
1.3.2将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（+）、负（-）、地短接。
将差动放大器的输出端与F/V 表的输入插口Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V 表显示为零，关闭主、副电源。
1.3.3根据图1接线。
R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻；R x =R 4为应变片。
将稳压电源的切换开关置±4V 档，F/V 表置20V 档。
调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F/V 表显示为零，然后将F/V 表置2V 档，再调电桥W1（慢慢地调），使F/V 表显示为零。
1.3.4将测微头转动到10mm 刻度附近，安装到双平等梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使F/V 表显示最小，再旋动测微头，使F/V 表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。
图一 1.3.5往下或往上旋动测微[键入文档的引述或关注点的摘要。
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]头，使梁的自由端产生位移记下F/V 表显示的值。
建议每旋动测微头一周即∆X=0.5mm 记下一个数值填入下表：（使用一个应变片时）+4V-4V1.3.6据所得结果计算灵敏度XVS ∆∆=(式中∆X 为梁的自由端位移变化，∆V 为相应的F/V 表显示的电压相应变化)。
1.3.7实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。
1.4 注意事项（1） 电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。
（2）做此实验时应该低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。
（3）电位器W1、W2，在有的型号仪器中标为RD 、RA 。
1.5 问题解答(1)本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？答：直流电源要稳定，放大器零漂要小。
(2)根据所给的差动放大器电路原理图，分析其工作原理，说明它既能作差动放大，又可作同相或反相放大器？答：差动放大电路有两个输入端子和两 个输出端子，因此信号的输入和输出均有双端和单端两种方式。
双端输入时，信号同时加到两输入端；单端输入时，信号加到一个输入端与地之间，另一个输入端接 地。
双端输出时，信号取于两输出端之间；单端输出时，信号取于一个输出端到地之间。
因此，差动放大电路有双端输入双端输出、单端输入双端输出、双端输入单 端输出、单端输入单端输出四种应用方式。
上面两个差动放大器电路均为双端输入双端输出方式。
将被电阻接在单桥的被测桥臂上，调节另三个桥臂（比例臂和比较臂）上的已知电阻，使电桥平衡（检流计指零），以此测得被测电阻的大小。
通过调节两端电压可将其当作同相或反相放大器，调节W1可以实现差动放大。
当正输入端接地负输入端作输入则就成反向放大器反之就成正向放大器，对输入端阻抗要求同原要求一样即近似为0，在技求可应用CMOS低阻抗模似开关进行切换。
实验二 金属箔式应变片性能—半桥、全桥电路性能比较2.1 实验目的2.1.1 观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。
2.1.2 测试应变梁形变的应变输出。
2.1.3 比较各种桥路的性能（灵敏度）。
2.2 实验原理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。
电桥电路是最常见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R 1、R 2、R 3、R 4中，电阻的相对变化率分别为44332211R R R R R R R R ∆∆∆∆、、、，当使用一个应变片时，∑∆=RR ；当二个应变片组成差动状态工作，则有∑∆=RRR 2；用四个应变片组成二个差动对工作，且∑∆=====RRR R R R R R 4,4321。
根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4 • E •ΣR ，电桥灵敏度R R V K u //∆=，于是对应于单臂、半桥、全桥的电压灵敏度分别为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，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。
所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬臂梁称重传感器、砝码、一片应变片、F/V 表、主、副电源。
2.3 实验步骤2.3.1 旋转初始位置（1）直流稳压电源打到2±V 档，F/V 表打到2V 档，差动放大增益最大。
下片梁的表面，结构为电阻丝。
（2）将差动放大器的（+）、（—）输入端与地短接，输出端插口与F/V 表的输入插口V i 相连。
开启主、副电源，调节差放零点旋钮，使F/V 表显示为零。
再把F/V 表的切换开关置2V档，细调差放零点，使F/V表显示为零。
关闭主、副电源，F/V表的切换开关置20V档，拆去差动放大器输入端的连线。
电位器，使F/V表显（3）接图1接线，开启主、副电源，调电桥平衡网络的W1示为零，然后将F/V表的切换开关置2V档，调W电位器，使F/V表显示为零。
1图（1）(4) 旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以水平状态下输出电压为零，向上和向下移动各5mm，测微头每移动0.5mm记录一个差动放大器输出电压值，并列表。
根据表中所测数据计算灵敏度S，S = △V／△X ，并在一个坐标图上做出V-X关系曲线。
比较三种桥路的灵敏度，并作出定性的结论。
如下表：位移mm 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5电压mV（半桥）231 198.5 150.3 100.4 51.9 0电压mV（全桥）506 405 304 202 101.9 0 位移mm 8.0 8.5 9.0 9.5 10 10.5 电压mV（半桥）-50.1 -99.5 -149.1 -197.2 -247.0 -293.0电压mV（全桥）-111 -211 -310 -406 -500 -596(5) 实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转至初始位置。
2.3.2 实验结果分析根据实验所得数据，我绘制了曲线图，通过曲线可知电桥灵敏度R R V K u //∆=，于是对应于单臂、半桥、全桥的电压灵敏度分别为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，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。
2.3 注意事项2.3.1 稳压电源不要对地短路。
2.3.2 直流激励电压不能过大，以免造成应变片自热损坏。
2.3.3 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，再从零+ →负的最大值，因此容易造成零点偏移，计算灵敏度时可将正ΔX 的灵敏度分开计算，再求平均值。
实验三霍尔式传感器的直流激励特性3.1 实验目的了解霍尔式传感器的原理与特性。
3.2 实验原理霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成。
当霍尔元件通过恒定电流时，霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V 取决于其在磁场中的位移量X，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。
所需单元及部件：霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、F/V表、直流稳压电源、测微头、振动平台、主、副电源。
有关旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置20V档，直流稳压电源置2V档，主、副电源关闭。
3.3 实验步骤（1）了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。
霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔传感器。