出与应变成线性关系
四、实验内容
（一）金属箔式应变片性能——单臂电桥
所需单元及部件：
直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁、测微头、一片应变片、F／V表、主副电源。
旋钮初始位置：
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。
实验步骤：
（1）了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，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。
（2）将差动放大器调零：
用连线将差动放大器的正（＋）负
（一）、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。
（3）根据图1接线。
R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻；RX＝R4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WI，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。
图1
（4）将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平行梁的自由端（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。
（5）往下或往上旋动测微头，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ΔX＝0.5mm记一个数值填入下表：
位移（mm）
电压（mV）
（6）据所得结果计算灵敏度
（式中
为梁的自由端位移变化，
为相应F／V表显示的电压相应变化）
（7）实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。
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，让组桥容易。
（2）做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。
（二）金属箔式应变片：
单臂、半桥、全桥比较
实验目的：
验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。
所需单元和部件：
直流稳压电源、差动放大器、电桥F／V表、测微头、双平行梁、应变片、主、副电源。
有关旋钮的初始位置：
直流稳压电源打到±2V档，F／V表打到2V档，差动放大器增益打到最大。
实验步骤：
（1）按实验
（一）方法将差动放大器调零后，关闭主、副电源。
（2）按图1接线，图中R4＝Rx为工作片，r及WI为电桥平衡网络。
（3）调整测微头使双平行梁处于水平位置（目测），将直流稳压电源打到土±4V档。
选择适当的放大增益，然后调整电桥平衡电位器W1，使表头显示零（需预热几分钟表头才能稳定下来）。
（4）旋转测微头，使梁移动，每隔0.5mm读一个数，将测得数值填入下表，然后关闭主、副电源。
位移（mm）
电压（mV）
（5）保持放大器增益不变，将R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一应变片，即取二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节测微头使梁到水平位置（目测）调节电桥W1使F／V表显示为零，重复（4）过程同样测得读数，填入下表：
位移（mm）
电压（mV）
（6）保持差动放大器增益不变，将R1、R2两个固定电阻换成另两片受力应变片（即R1换成[↑]应变片，R2换成[↓]应变片），组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力向相反即可，否则相互抵消没有输出。
接成一个直流全桥，调节测微头使梁到水平位置，调节电桥W1同样使F／V表显示零。
重复（4）过程将读出数据填入下表：
位移（mm）
电压（mV）
注意事项：
（1）在更换应变片时应将电源关闭。
（2）在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。
（3）在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。
（4）直流稳压电源土4V不能打得过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。
（5）接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。
思考题：
1、本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？
对比电桥的三种方式，电桥输出电压与应变量之间的关系怎样？
实验三差动变压器式传感器特性
一、实验目的
1、通过实验进一步了解差动变压器式传感器的基本结构、工作原理及其所配用的测量电路。
2、通过实验研究该传感器的输出特性，并对交、直流输出特性进行比较。
3、通过实验观察零点残余电压对传感器输出特性的影响，并掌握减小零点残余电压的一个方法。
二、实验设备
CSY910传感器系统实验仪双踪示波器等
三、实验原理
（一）差动变压器式传感器特性实验的测试系统
下图
（一）为差动变压器式传感器特性实验的测试系统框图。
图中直流稳压电源给激励信号源提供一个稳定的直流电压；激励信号源为差动变压器的初级提供一个幅值为3～5伏、频率为0～5kHz的方波激励信号；差动变压器的输出信号既可以用交流毫伏表进行测试，又可以经相敏检波后由双向直流毫伏表进行测试，以便实现传感器的交、直流特性实验。
图
（一）测试系统原理框图
（二）差动变压器式传感器的基本结构
本实验选用三节螺线管式差动变压器，其结构示意图如图
（二）所示。
由图可知，其主要由线圈组合及活动铁芯两部分组成。
初级绕组是差动变压器的激励线圈，相当于变压器的原边。
次级绕组是由两个结构对称、尺寸相同、参数相等的线圈反相串联而成，相当于变压的副边，其原理图如图（三）所示。
1
图
（二）三节螺线管式差动变压器结构图（三）差动变压器式传感器原理图
1初级绕组2铁芯3次级绕组
（三）差动变压器式传感器的工作原理
由图（三）可知，当差动变压器式传感器的初级绕组加上一个激励电压
时，由于互感M1和M2的作用，在两个次级绕组中将分别产生感应电势
和
根据两次级绕组反相串联，得
（1）
下面就活动铁芯处于三种不同位置时进行分析。
1、当活动铁芯处于初始平衡位置
由于初级绕组与两个次级绕组间的互感系数
因而，两次级绕组的感应电势
由
（1）式可得：
（2）
上式说明，当差动变压器式传感器的活动铁芯处于初始平衡位置（此位置对应铁芯位移为零）时，差动变压器输出电压
等于零。
2、当活动铁芯由初始平衡位置向右移动（定义为正向位移）时由图3可知，因为活动铁芯向右移动，导致互感系数M1增加、M2减小，所以两个次级绕组的感应电势中的
增加、
减小。
由于差动变压器式传感器在结构上完全对称，两个互感系数与两个次级绕组感应电势变化量的绝对值分别相等，即
根据
（2）式得
3、当活动铁芯由初始平衡位置向左移动即反向位移时，同理可得
综上可得
上式说明，差动变压器式传感器输出电压的大小正比于活动铁芯位移量的大小，输出电压的
极性反映了活动铁芯位移的方向，
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