当R1=R5=R6=R7时，电桥电压灵敏度最高，这时有
2.1.2数据测试与分析（单臂测量数据如表2.1所示）
表2.1单臂测量数据
重量（g）
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压（mv）
0
4
8
13
19
23
27
32
37
42
46
在Excel中处理数据得单臂电桥散点图（如图2.3所示）。
图2.3单臂电桥散点图
1）灵敏度：
故有K=（46-4）/（200-20）=0.23（mv/g）
2）线性度：
取（200,46），（20,4）两坐标可求得线性方程：
V=0.23G-0.6，由表1.1的数据可知，当G=80g时，V=17.8mv，此时非线性误差值达到最大，即
△L=17.8-19=-1.2mv
由公式：
可得γ=-1.2/（200-20）=-6.67%
2.2双臂电桥
2.2.1电路原理
1）应变片半桥特性实验接线图如图2.4所示。
电路原理图如图2.5所示。
不同应力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，输出灵敏度提高，非线性得到改善。
其桥路输出电压。
图2.4应变片双臂电桥实验接线示意图
2）根据接线图画出电路原理图（如图2.5）所示。
图2.5双臂电桥电路原理图
如图所示，为了减小和克服非线性误差，常采用双臂电桥，如图1.7所示，在试件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，另一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，就构成了半桥差动电路。
应变片工作时，其阻值变化很小，电桥相应输出电压也很小，一般需要加入放大器进行放大。
该电桥输出电压为：
若△R1=-△R2,R1=R2,△R3=△R4,则得：
2.2.2数据的测试与分析（双臂电桥数据如表2.2所示）
表2.2双臂电桥测量数据
重量（g）
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压（mv）
0
10
21
31
42
52
62
72
83
93
103
在Excel中处理数据得双臂电桥散点图（如图2.6所示）。
图2.6双臂电桥散点图
1）灵敏度：
故有K=（103-10）/（200-20）=0.52（mv/g）
2）线性度：
取两坐标点（200,103），（20,10）可求出线性方程：
V=0.52G-0.4,由表1.2中的数据可得，当G=140g时，V=72.4时，此时取得的非线性误差值达到最大，即：
△L=72.7-72=0.4mv，则γ=0.4/（200-20）=2.2%。
2.3全桥的测试与调整
2.3.1电路原理
1）应变片全桥测量电路中，将应力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。
如图2.7全桥电路接线图。
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。
其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性得到改善。
图2.7应变片全桥性能实验接线示意图
2）全桥电路原理图（如图2.8所示）。
图2.8全桥电路原理图
如图2.8所示，若将电桥四臂接入四片应变片，，即两个受拉应变，另两个受压应变，将两个应变符号相同的接入相对臂上，即可构成全桥差动电路。
应变片工作时，其阻值变化很小，电桥相应输出电压也很小，一般需要加入放大器进行放大若△R1=-△R2=△R3=-△R4,且R1=R2=R3=R4，则：
2.3.2数据处理与分析（全桥电路数据如表2.3所示）
表2.3全桥性能试验数据
重量（g）
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压（mv）
0
19
38
58
78
98
118
138
158
178
198
图2.9全桥电路散点图
灵敏度：
故有K=（198-19）/（200-20）=0.99
由图2.9可知，线性图趋于直线，故无非线性误差。
2.3.3全桥电路工作原理
1）根据接线图画出全桥电路原理图（如图2.10所示）
图2.10全桥电路原理图
将电桥四臂接入四片应变片，构成全桥差动电路，由于应变电桥输出电压很小，所以一般都需要加放大器，将电桥输出的正极端接正向放大器，负极端接反向放大器，两个放大器的输出端又同时接入连续的两个反向放大器中（同时接两个反向放大器可以消除零点漂移）。
调节Rw4，可以使电压表显示为零；，调节Rw3，可以增大或减小增益，即改变输出电压大小，调节Rw1，可以使输出电压为零。
利用万用表可测出R1=350.9Ω,R2=350.9Ω,R3=351.6Ω,R4=350.6Ω,则可近似估计R1=R2=R3=R4。
2）PCB板的设计（如图2.11）全桥电路PCB原理图。
图2.11全桥电路PCB原理图
3）绘制过程：
设计电路板的最基本过程分为三个：
电路原理图的设计、产生网络表、印刷电路板的设计。
启动Protel99se电路原理图编辑器；设置电路图纸大小、方向、网格大小及标题栏等；根据需要添加元件库,在图纸上放置需要设计的元器件，对放置的元器件进行布局布线；设置电气检查规则，进行修正。
4）布线规则：
安全间距设计（ClearanceConstraint）:
安全间距为0.5mm。
布线宽度限制设计（WidthConstraint）。
如图表2.4所示。
表2.4布线宽度设计表
Name
Scope
Minimum
Maximum
Preferred
GND
GND
0.254mm
2mm
2mm
VCC
VCC
0.254mm
2mm
1.5mm
Width
B0ard
0.254mm
2mm
0.5mm
3差动变压器位移检测仪的调试
3.1移相器的调试
3.1.1调节音频振荡器
调节音频振荡器幅度为最小（幅度旋钮逆时针轻轻转到底），按图3-2示意接线，检查接线无误后，合上主机箱电源开关，调节音频振荡器的频率（用示波器测量）为ｆ=1kHz，幅度适中（2V≤Vp-p≤8V）。
3.2.2正确波选择双线（双踪）器
正确波选择双线（双踪）器的“触发”方式及其它设置（提示：
触发源选择内触发CH1、水平扫描速度TIME/DIV在0.1mS～10µS范围内选择、触发方式选择AUTO。
图3.2移相器实验接线图
垂直显示方式为双踪显示DUAL、垂直输入耦合方式选择交流耦合AC、灵敏度VOLTS/DIV在1V～5V范围内选择），调节移相器模板上的移相电位器（旋钮），用示波器测量波形的相角变化。
3.3.3调节移相器的移相电位器
逆时针到底0kΩ～顺时针到底10kΩ变化范围，用示波器可测定移相器的初始移相角（ΦＦ=ΦＦ1）和移相范围△ΦＦ。
3.3.4测试相应的ΦＦ和△ΦＦ
改变输入信号频率为ｆ=9kHz，再次测试相应的ΦＦ和△ΦＦ。
测试完毕关闭主电源。
3.2相敏检波器的调试
1、调节音频振荡器的幅度为最小（幅度旋钮逆时针轻轻转到底），将±2V～±10V可调电源调节到±2V档。
按图3.3示意接线，检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节音频振荡器频率f=5kHz，峰峰值Vp-p=5V（用示波器测量）；结合相敏检波器工作原理，分析观察相敏检波器的输入、输出波形关系（跟随关系，波形相同）。
＊提示：
示波器设置除与
（一）移相器实验2中的垂直输入耦合方式选择直流耦合DC外，其它设置都相同；但当CH1、CH2输入对地短接时，将二者光迹线移动到显示屏中间（居中）后再进行测量波形。
2、将相敏检波器的DC参考电压改接到-2V（-Vout），调节相敏检波器的电位
器钮使示波器显示的两个波形幅值相等（相敏检波器电路已调整完毕，以后不要触碰这个电位器钮），观察相敏检波器的输入、输出波形关系（倒相作用，反相波形）。
关闭电源。
3、按图3.4示意图接线，合上主机箱电源，调节移相电位器钮（相敏检波
器电路上一步已调好不要动），结合相敏检波器的工作原理，分析观察相敏检波器的输入、输出波形关系。
注：
一般要求相敏检波器工作状态Vi检波信号与参考电压AC相位处于同相或反相。
4、将相敏检波器的AC参考电压改接到180°，调节移相电位器，观察相敏检波器的输入、输出波形关系。
关闭电源。
3.3差动变压器的性能测试
3.3.1差动变压器测位移的实物接线图（如图3.5所示）
将移相器和相敏检波器调试好后，注意不要再碰到已经调试好的按钮，以免带来实验误差，按图2.6示意接好线，将音频振荡器幅度调节到最小，电压表的量程开关切到20V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关，再调节音频振荡器频率，f=5KHz、幅值Vp-p=2V（用示波器监测），调节移相器的移相电位器使相敏检波器输出为全波整流波形，再慢悠悠仔细移动测微头的安装套，使相敏检波器输出波形幅值尽量为最小，调节差动变压器实验模板中的RW1、RW2，使相敏检波器输出波形趋于水平线，并且电压表显示趋于0V。
利用万用表测量U34的电压，调节测微头的微分筒，每隔△X=0.5mm从万用表上读取U34的值（读取20组数据），差动变压器的输出电压、相敏检波器的输出电压同理即可，低通滤波器输出的电压值通过主机箱上的电压表读取。
3.3.2数据测试与分析（如表3.1差动变压器测位移数据表）
表3.1差动变压器测位移实验数据
△X（mm）
低通（v）
U34（mv）
差动（mv）
相敏mv）
1
0.05
0.33
0
1.4
29.8
2
0.1
0.64
0
1.5
29.4
3
0.15
0.96
0.1
1.6
28.3
4
0.2
1.31
0.2
1.7
31.3
5
0.25
1.65
0.3
2
23.3
6
0.3
1.98
0.5
2.2
25.3
7
0.35
2.32
0.8
2.3
32.4
8
0.4
2.66
1.1
2.6
29.2
9
0.45
3
1.3
2.8
28.5
10
0.5
3.37
1.5
3.1
28.4
11
0.55
4.08
2.4
3.5
28.3
12
0.6
4.44
3.9
4.1
28.3
13
0.65
4.83
10.4
4.4
28.2
14
0.7
5.14
20.1
5.2
25
15
0.75
5.45
31.5
6.4
27.9
16
0.8
5.73
45.5
28.2
27.7
17
0.85
5.95
60.7
57.4
27.5
18
0.9
6.08
77.6
76.8
27.2
19
0.95
6.11
95.2
142.8
26.8
20
1
6
113.2
181.7
26.2
在Excel中数据分析数据得到散点图（如图3.6所示）。
图3.6差动变压器实验数据的XY散点图
由散点图可知以零点位移为基准，随着偏离零点位移的距离增加，3、4两端的输出电压逐渐增大，且偏离距离越大，电压变化就越明显；差动输出电压也随着距离的增大而增大，且差动输出电压始终比大，因为3、4后接入了放大器；由图2.7中的黄色线部分可看出，随着偏离距离增大，相敏检波器的输出电压时增时减，变化趋势不太明显，这是由于相敏检波器检波后并没有消除零点残余电压和死区；而随着偏离距离的增大，低通滤波器的输出电压也逐渐增大。
4实训心得
此次实训大大提高了对仪器仪表相关知识的了解，综合了误差分析，电子测量，传感器，Protel99se,Excel工作表等多方面的知识，加强了仪器仪表实验台的动手能力以及对示波器及各种传感器的使用。
仪器仪表一般具有自动控制、报警、信号传递和数据处理等功能，所以仪器仪表也同样具备检测系统的一切特性。
有关描述传感器与检测技术的基本理论同样适用于仪器仪表的研究。
加深了对误差分析的的一些名词术语的理解。
对Protel99se软件又进行了一次复习和巩固。
此次实训是一次难得的锻炼机会，让我们能够充分利用所学过的理论知识和自己的想象能力相结合，另外还让我们学习查找资料的方法，以及自己分析问题、处理问题的能力。
我相信这对自己相应能力的提高是最好的方法之一。
我们应该注重实践与理论相结合，这次的实训让我们懂得了在工业生产中的用途。
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