《检测与控制技术综合实验》实验讲义 一、实验目的和基本思路 1、本实验课程的必要性 1)在材料科学与加工工程的科学研究和工业生产中，经常使用传感器和计算机数据采 集控制设备，利用计算机来采集、处理、和分析数据，控制科学研究和工业生产对 象。了解不同传感器和数据采集设备的特性及其可能产生的误差，对于合理的选用 传感器和数据采集设备，正确的处理、分析科学实验和工业生产数据，都显得十分 重要。 2)电子技术和计算机技术的发展，使得各种传感器和数据采集部件向智能化、模块化 方向发展，越来越易于使用，设计计算机测控系统，已经不是自动化专业的专利。 相反，由于其它专业人员对测控对象的理解更加深入，在本专业相当多的应用领域 更具优势 3)检测与控制技术具有很强的实践性，只有理论教学很难让学生建立起牢固而明晰的 知识主线。 2、实验目的 本实验课程的目的在于，帮助学生建立、掌握计算机测控系统的构成、软件、硬件 的设计方法。熟悉常用检测手段与传感器、数字滤波、常用控制算法、常用计算机控制 方式。特别着重于对学生能力的培养，包括自学能力、动手能力、组织能力、数据分析 能力、运用理论解决实际问题的能力和设计创新能力。 3、基本思路 1)计算机测控系统主要由传感器、输入电路，计算机、输出驱动、执行机构组成 对于计算机检测系统，则只有传感器，输入电路和计算机。权衡学时和实际应用 该实验将重点放在传感器和数据采集部件上，这样在最少的学时下可以使学生得 到最大的收获。 2)数据采集部件已经高度模块化，其基本类型和功能大同小异，相对容易掌握。传 感器则种类繁多， 冬不相同 同时，在大多数情况 计算机检测 系统精度和速度的制约瓶颈，理解和掌握常用传感器的原理和特点，应该占有相 当的学时。 3)在该实验课程的最后4学时，安排了两个综合设计性实验，帮助学生贯穿全局的 理解计算机测控系统的组建、软件、硬件的设计方法。 所有实验均由学生亲自动手操作完成
1 《检测与控制技术综合实验》实验讲义 一、实验目的和基本思路 1、 本实验课程的必要性 1）在材料科学与加工工程的科学研究和工业生产中，经常使用传感器和计算机数据采 集控制设备，利用计算机来采集、处理、和分析数据，控制科学研究和工业生产对 象。了解不同传感器和数据采集设备的特性及其可能产生的误差，对于合理的选用 传感器和数据采集设备，正确的处理、分析科学实验和工业生产数据，都显得十分 重要。 2）电子技术和计算机技术的发展，使得各种传感器和数据采集部件向智能化、模块化 方向发展，越来越易于使用，设计计算机测控系统，已经不是自动化专业的专利。 相反，由于其它专业人员对测控对象的理解更加深入，在本专业相当多的应用领域 更具优势。 3）检测与控制技术具有很强的实践性，只有理论教学很难让学生建立起牢固而明晰的 知识主线。 2、实验目的 本实验课程的目的在于，帮助学生建立、掌握计算机测控系统的构成、软件、硬件 的设计方法。熟悉常用检测手段与传感器、数字滤波、常用控制算法、常用计算机控制 方式。特别着重于对学生能力的培养，包括自学能力、动手能力、组织能力、数据分析 能力、运用理论解决实际问题的能力和设计创新能力。 3、基本思路 1）计算机测控系统主要由传感器、输入电路，计算机、输出驱动、执行机构组成。 对于计算机检测系统，则只有传感器，输入电路和计算机。权衡学时和实际应用， 该实验将重点放在传感器和数据采集部件上，这样在最少的学时下可以使学生得 到最大的收获。 2）数据采集部件已经高度模块化，其基本类型和功能大同小异，相对容易掌握。传 感器则种类繁多，原理各不相同。同时，在大多数情况下，传感器是计算机检测 系统精度和速度的制约瓶颈，理解和掌握常用传感器的原理和特点，应该占有相 当的学时。 3）在该实验课程的最后 4 学时，安排了两个综合设计性实验，帮助学生贯穿全局的 理解计算机测控系统的组建、软件、硬件的设计方法。 所有实验均由学生亲自动手操作完成
实验设备简介 CSY一2000D传感器实验装置简介 1.1.实验台的组成 CSY一2000系列传感器与检测技术实验台由主机箱、温度源、转动源、振动源、传感器、 2
2 实验设备简介 一、 CSY－2000D 传感器实验装置简介 1.1. 实验台的组成 CSY－2000 系列传感器与检测技术实验台由主机箱、温度源、转动源、振动源、传感器
相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌等组成。 1.2.主机箱：提供高稳定的±15V、±5V、+5V、±2V-±10V(步进可调)、+2V~+24V (连续可调)直流稳压电源：音频信号源（音频振荡器）1KHz一1OKHz(连续可调)： 低频信号源（低频振荡器）1Hz (连续可调) 气压源0-20KPa(可调)： (转速)智能调节仪：计算机通信口：主机箱面板上装有电压、频率转速、 气压、计时 器数显表：漏电保护开关等。其中，直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器都具有过 载切断保护功能，在排除接线错误后重新开机恢复正常工作。 13.振动源：振动台振动频率1Hz一30Hz可调（烤振频率9Hz左右） 转动源：手动控制0-2400转/分：自动控制300-2400转/分 温度 常温-180 1.4.传感器：基本型有电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式位 移传感器、霍尔式位移传感器、霍尔式转速传感器、磁电转速传感器、压电式传感器、 电涡流传感器、光纤传感器、光电转速传感器（光电断续器）、集成温度(AD590)传感器 K型热电偶、E型热电偶、P100铂电阻、Cu50铜电阻、湿敏传感器、气敏传感器共十 八个 1.5.实验模板：基本型有应变式、压力、差动变压器 电容式、霍尔式、压电式、电洞 流、光纤位移、温度、移相/相敏检波/低通滤波共十块模板。增强型增加与选配传感 器配套的实验模板。 1.6数据采集卡及处理软件，另附 7实验 尺寸为1600x800×750mm,实验台桌上预留了计算机及示波器安放位置。 电路原 实验模板电路原理已印刷在模板的面板上，实验接线图参见文中的具体实验内容。 3.使用方法 3.1.开机前将电压表显示选择旋钮打到2V档：电流表显示选择旋钮打到200mA档：步 进可调直流稳压电源旋钮打到肚2V档：其余旋钮都打到中间位置 3.2 将AC 220V电源线插头插入市电插座中 合上电源开关，数显表显示0000，表 示实验台已接通电源。 33.做每个实验前应先阅读实验指南，每个实验均应在断开电源的状态下按实验线路接 好连接线（实验中用到可调直流电源时，应在该电源调到实验值后再接到实验线路中）， 检查无误后方接通由源 34 △上 节仪（温度开关）电源开关，调节仪的PV显示测量值：SV显示设定值。 源开关 气泵有月 响，说明气泵工作正常。 3.6.数据采集卡及处理软件使用方法另附说明。 4.仪器维护及故障排除 4.1.维护 ()防止硬物撞击、划伤实验台面：防止传感器及实验模板跌落地面 (2) 实验完毕要将传感器、配件、实验模板及连线全部整理好 4.2.故障排除 (I)开机后数显表都无显示，应查AC220V电源有否接通：主机箱侧面AC220V插 座中的保险丝是否烧断。如都正常，则更换主机箱中主机电源。 (2)转动源不工作，则手动输入十12V电压，如不工作，更换转动源：如工作正常，应 查调节仪设置是否准确：控制输出%有无电压，如无电压，更换主机箱中的转速控制 (③)振动源不工作，检查主机箱面板上的低频振荡器有无输出，如无输出，更换信号板：
3 相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌等组成。 1.2. 主机箱：提供高稳定的±15V、±5V、＋5V、±2V－±10V（步进可调）、＋2V~＋24V （连续可调）直流稳压电源；音频信号源（音频振荡器）1KHz～10KHz（连续可调）； 低频信号源（低频振荡器）1Hz～30Hz（连续可调）；气压源 0－20KPa（可调）；温度 （转速）智能调节仪；计算机通信口；主机箱面板上装有电压、频率转速、气压、计时 器数显表；漏电保护开关等。其中，直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器都具有过 载切断保护功能，在排除接线错误后重新开机恢复正常工作。 1.3. 振动源：振动台振动频率 1Hz－30Hz 可调（谐振频率 9Hz 左右）。 转动源：手动控制 0－2400 转／分；自动控制 300－2400 转／分。 温度源：常温－180℃。 1.4. 传感器：基本型有电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式位 移传感器、霍尔式位移传感器、霍尔式转速传感器、磁电转速传感器、压电式传感器、 电涡流传感器、光纤传感器、光电转速传感器（光电断续器）、集成温度(AD590)传感器、 K 型热电偶、E 型热电偶、Pt100 铂电阻、Cu50 铜电阻、湿敏传感器、气敏传感器共十 八个。 1.5. 实验模板：基本型有应变式、压力、差动变压器、电容式、霍尔式、压电式、电涡 流、光纤位移、温度、移相／相敏检波／低通滤波共十块模板。增强型增加与选配传感 器配套的实验模板。 1.6. 数据采集卡及处理软件，另附。 1.7. 实验台：尺寸为 1600×800×750mm，实验台桌上预留了计算机及示波器安放位置。 2. 电路原理 实验模板电路原理已印刷在模板的面板上 ，实验接线图参见文中的具体实验内容。 3. 使用方法 3.1. 开机前将电压表显示选择旋钮打到 2V 档；电流表显示选择旋钮打到 200mA 档；步 进可调直流稳压电源旋钮打到±2V 档；其余旋钮都打到中间位置。 3.2. 将 AC 220V 电源线插头插入市电插座中，合上电源开关，数显表显示 0000，表 示实验台已接通电源。 3.3. 做每个实验前应先阅读实验指南，每个实验均应在断开电源的状态下按实验线路接 好连接线（实验中用到可调直流电源时，应在该电源调到实验值后再接到实验线路中）， 检查无误后方可接通电源。 3.4. 合上调节仪（温度开关）电源开关，调节仪的 PV 显示测量值；SV 显示设定值。 3.5. 合上气源开关，气泵有声响，说明气泵工作正常。 3.6. 数据采集卡及处理软件使用方法另附说明。 4. 仪器维护及故障排除 4.1. 维护 ⑴ 防止硬物撞击、划伤实验台面；防止传感器及实验模板跌落地面。 ⑵ 实验完毕要将传感器、配件、实验模板及连线全部整理好。 4.2. 故障排除 ⑴ 开机后数显表都无显示，应查 AC 220V 电源有否接通；主机箱侧面 AC 220V 插 座中的保险丝是否烧断。如都正常，则更换主机箱中主机电源。 ⑵ 转动源不工作，则手动输入＋12V 电压，如不工作，更换转动源；如工作正常，应 查调节仪设置是否准确；控制输出 Vo 有无电压，如无电压，更换主机箱中的转速控制 板。 ⑶ 振动源不工作，检查主机箱面板上的低频振荡器有无输出，如无输出，更换信号板；
如有输出，更换振动源的振荡线圈。 ④)温度源不工作，检查温度源电源开关有否打开：温度源的保险丝是否烧断：调节仪 设置是否准确。如都正常，则更换温度源 注意 5.1.在实验前务必详细阅读实验指南。 52.严禁用酒精、有机溶剂或其它具有腐蚀性溶液擦洗主机箱的面板和实验模板面板。 5.3.请勿将主机箱的电源、信号源输出端与地（⊥）短接，因短接时间长易造成电路故 培 5.4.请勿将主机箱的±电源引入实验模板时接错 5.5.更预 接线时，应断开电源，只有在确保接线无误后方可接通电源。 5.6.实验完毕后，请将传感器及实验模板放回原处。 5.7.如果实验台长期未通电使用，在实验前先通电十分钟预热，再检查按一次漏电保护 按钮是否有效。 5.8.实验接线时，要握住手柄插拔实验线，不能拉扯实验线。 二、PC Based Control技术及部件简介 PC Based Control技术是融合PC技术、信号测量与分析技术、控制技术、通讯技 术等各种 本的搞性能检 控制技术， 广泛应 信号测耳 工业过程数据采 集与控制、运动控制、通讯控制的各个领域。通过在P℃机中插入板卡或连接模块，可 以方便地组成各种高速度、搞精度的测量与控制系统。在检测与控制领域里，以P℃机 为基本平台各种系统占有越来越多比重。 1、PCI总线高性能数据采集卡PCI-1202H PCI-1202H是PCI总线高性能数据采集卡，它可以在DOS和Windows环境下实现 40KHz的连续平滑的数据采集。PCI-1202H提供32通道单端或16通道的差分模拟输入。 主要功能及技术指标如下 ·PCI总线 ·32路单端/16路差分输入，1K字FIF0缓存器 ·采样速率：40KsS 3种触发方式： 后触发(post-trigger)
4 如有输出，更换振动源的振荡线圈。 ⑷ 温度源不工作，检查温度源电源开关有否打开；温度源的保险丝是否烧断；调节仪 设置是否准确。如都正常，则更换温度源。 5. 注意事项 5.1. 在实验前务必详细阅读实验指南。 5.2. 严禁用酒精、有机溶剂或其它具有腐蚀性溶液擦洗主机箱的面板和实验模板面板。 5.3. 请勿将主机箱的电源、信号源输出端与地（⊥）短接，因短接时间长易造成电路故 障。 5.4. 请勿将主机箱的±电源引入实验模板时接错。 5.5. 在更换接线时，应断开电源，只有在确保接线无误后方可接通电源。 5.6. 实验完毕后，请将传感器及实验模板放回原处。 5.7. 如果实验台长期未通电使用，在实验前先通电十分钟预热，再检查按一次漏电保护 按钮是否有效。 5.8. 实验接线时，要握住手柄插拔实验线，不能拉扯实验线。 二、PC_Based Control 技术及部件简介 PC_Based Control 技术是融合 PC 技术、信号测量与分析技术、控制技术、通讯技 术等各种技术为一体的搞性能检测与控制技术，广泛应用于信号测量、工业过程数据采 集与控制、运动控制、通讯控制的各个领域。通过在 PC 机中插入板卡或连接模块，可 以方便地组成各种高速度、搞精度的测量与控制系统。在检测与控制领域里，以 PC 机 为基本平台各种系统占有越来越多比重。 1、PCI 总线高性能数据采集卡 PCI-1202H PCI-1202H 是 PCI 总线高性能数据采集卡，它可以在 DOS 和 Windows 环境下实现 40KHz 的连续平滑的数据采集。PCI-1202H 提供 32 通道单端或 16 通道的差分模拟输入。 主要功能及技术指标如下： PCI 总线 32 路单端/16 路差分输入，1K 字 FIFO 缓存器 采样速率:40Ks/s 3 种触发方式： 后触发（post-trigger）
前触发(pre--trigger) 中间触发(middle trigger) 16路数字输入16路数字输出 提供可编程高增益：0.5,1,5,10,50,100,500,1000 内部外部触发 ·2个12位独立的可编程数摸转换器：每个通道最大数据流量为2Mz ·2.7M字/秒的高速数据传输 2、带CJC电路的37针D型头连接的端子板DB-1825 e用 44449 ·用于PC-1802H的37针电缆连接的螺孔安装端子板 ·32通道单端，16通道差分 。面包板用于断路检测、低通滤波、电流电压转换、电压衰减电路 尺寸：114mmX170mm 3、RS-232转RS-485模块-7520 ·输入：RS-232协议 ·输出：RS-485协议(2线，D+,D-) 。速率：自动转换波特率，300-115200BPS 内置"自适应"芯片
5 前触发（pre-trigger） 中间触发（middle trigger） 16 路数字输入/16 路数字输出 提供可编程高增益： 0.5,1,5,10,50,100,500,1000 内部/外部触发 2 个 12 位独立的可编程数摸转换器；每个通道最大数据流量为 2MHz 2.7M 字/秒的高速数据传输 2、带 CJC 电路的 37 针 D 型头连接的端子板 DB-1825 用于 PCI-1802H 的 37 针电缆连接的螺孔安装端子板 32 通道单端，16 通道差分 面包板用于断路检测、低通滤波、电流电压转换、电压衰减电路 尺寸：114mm X 170mm 3、RS-232 转 RS-485 模块 I-7520 输入：RS-232 协议 输出：RS-485 协议 (2 线, D+, D-) 速率：自动转换波特率, 300~115200 BPS 内置"自适应"芯片
在1个RS-485网络中无中继器，最多接256个模块 ·在1个RS-485网络中用中继器，最多接2048个模块 隔离电压：3000VDC隔离在RS-232边 要求使用中继器：大于4,000英尺距离或多于256个模块 4、8通道模拟量输入模块-7018 ·类型：mV,V,mA(接1252外电阻) ·热电偶：类型J,K,T,E,RS,B,N,C 分辨率：16-bit 通道： 8路差动或6路差动+2路单端（跳线选择） ·采样速率：10次/秒 ·精度：±0.1% 5、2通道模拟量输出模块1-7022 CP.OH 光电隔离：3750Vms ·迪道：2 ·通道间隔离
6 在 1 个 RS-485 网络中无中继器,最多接 256 个模块 在 1 个 RS-485 网络中用中继器,最多接 2048 个模块 隔离电压：3000VDC 隔离在 RS-232 边 要求使用中继器：大于 4,000 英尺距离或多于 256 个模块 4、8 通道模拟量输入模块 I-7018 类型：mV, V, mA（接 125 Ω 外电阻） 热电偶：类型 J, K, T, E, R, S, B, N, C 分辨率：16-bit 通道：8 路差动或 6 路差动+2 路单端（跳线选择） 采样速率：10 次/秒 精度：± 0.1% 5、2 通道模拟量输出模块 I-7022 光电隔离：3750 Vrms 通道：2 通道间隔离
。输出类型：mA,V ·输出范围：0~20mA,4~20mA,010V ·分辨率：12-bit 精度 ±0.，1%满量程 可编程输出转换斜率： 0.125-1024mA/形 00625512V/秒 6、4通道继电器输出/4通道数字量输入模块【-7060 4通道共源极隔离 数字量输入： 逻辑电平0：最大+1V 逻辑电平1：+3.530V 输入阻抗：3K2,0.5W D1可用于计数器 继电器输出 ·通道：4 ·2路“A“型继电器 单刀单掷（常开） ·2路“C型继电器 单刀双掷 ·干接点 ·触点容量： AC:125V@0.6A:250V@0.3A DC:30V@2A110V@0.6A 实验一应变片实验 >
7 输出类型：mA, V 输出范围： 0 ~ 20mA , 4 ~ 20mA , 0~ 10V 分辨率：12-bit 精度：± 0.1% 满量程 可编程输出转换斜率： 0.125 ~ 1024 mA/秒 0.0625 ~ 512 V/秒 6、4 通道继电器输出/4 通道数字量输入模块 I-7060 4 通道共源极隔离 数字量输入： 逻辑电平 0：最大+1V 逻辑电平 1：+3.5~ 30V 输入阻抗：3KΩ, 0.5W D/I 可用于计数器 继电器输出 通道：4 2 路“A”型继电器 单刀单掷 (常开) 2 路“C”型继电器 单刀双掷 干接点 触点容量： AC：125V @0.6A; 250V @0.3A DC：30V @2A; 110V @0.6A 实验一 应变片实验
I单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是 电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：△R/R=Ke式中：△R/R为电阻丝 电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=△LL为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片 就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化。 电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单 臂电桥输出电压U=EKe/4。 三、需用器件与单元：主机箱（士4W、土15V、电压表）、应变式传感器实验 模板、托盘、砝码、4号位数显万用表（自备）。 加电题托盘支点 摸主机箱±1回 g 主机预 ○应变传感器实验模板 图1应变片单臂电桥性能实验安装、接线示意图 四、实验步骤： 应变传感器实验模板说明： 实验模板中的1、R2、R3、R4为应变片，没有文字标记的5个电阻符号下面是空 的，其中4个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设，图中的粗黑曲线表示连接线： 1、根据图1（应变式传感器（电子秤传感器）已装于应变传感器模板上。传感器中 4片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、2、R3、R4和加热器上。传感器 左下角应变片为R1:右下角为2：右上角为3：左上角为R4。当传感器托盘支点受压 时，R1、3阻值增加，2、R4阻值减小，可用四位半数显万用进行测量判别。常态时 应变片阻值为3502，加热丝电阻值为502左右，)安装接线。 2、放大器输出调零：将图1实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开，再用 导线将两输入端短接(W,=0):调节放大器的增益电位器R大约到中间位置（先逆时针旋
8 I 单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是 电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为： ΔR／R＝Kε 式中：ΔR／R 为电阻丝 电阻相对变化，K 为应变灵敏系数,ε=ΔL/L 为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片 就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化。 电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单 臂电桥输出电压 Uo1= EKε/4。 三、需用器件与单元：主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变式传感器实验 模板、托盘、砝码、4 2 1 位数显万用表（自备）。 图 1 应变片单臂电桥性能实验安装、接线示意图 四、实验步骤： 应变传感器实验模板说明： 实验模板中的 R1、R2、R3、R4 为应变片，没有文字标记的 5 个电阻符号下面是空 的，其中 4 个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设，图中的粗黑曲线表示连接线。 1、根据图 1〔应变式传感器（电子秤传感器）已装于应变传感器模板上。传感器中 4 片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的 R1、R2、R3、R4 和加热器上。传感器 左下角应变片为 R1；右下角为 R2；右上角为 R3；左上角为 R4。当传感器托盘支点受压 时，R1、R3 阻值增加，R2、R4 阻值减小，可用四位半数显万用进行测量判别。常态时 应变片阻值为 350Ω，加热丝电阻值为 50Ω左右。〕安装接线。 2、放大器输出调零：将图 1 实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开，再用 导线将两输入端短接(Vi＝0)；调节放大器的增益电位器 RW3大约到中间位置(先逆时针旋
到底，再顺时针旋转2圈)：将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电 源开关：调节实验模板放大器的调零电位器R4,使电压表显示为零。 3、应变片单臂电桥实验：拆去放大器输入端口的短接线，将暂时脱开的引线复原（见 图1接线图)。调节实验模板上的桥路平衡电位器R,使主机箱电压表显示为零：在应 变传感器的托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表 值，直到200g(或500g)砝码加完。记下实验结果填入表1画出实验曲线。 表1 重量（日 电压(mv) 4、根据表1计算系统灵敏度S=△U/△W(△U输出电压变化量，△W重量变化量)和非线性误差 不=△m/ys×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：ys满量程输 出平均值，此处为200g(或500g)。实验完毕，关闭电源。 五、思考题： 单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：(1)正（受拉）应变片(2)负（受 压)应变片(3)正、负应变片均可以。 Ⅱ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：不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高 非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U=Ee/2。 三、需用器件与单元：主机箱、应变式传感器实验模板、托盘、砝码。 四、实验步骤： 1、将托盘安装到应变传感器的托盘支点上。将实验模板差动放大器调零：用导线将实 验模板上的±15v、⊥插口与主机箱电源±15v、⊥分别相连，再将实验模板中的放大器 的两输入口短接(W,=0):调节放大器的增益电位器R。大约到中间位置（先逆时针旋到 底，再顺时针旋转2圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源 开关：调节实验模板放大器的调零电位器R,使电压表显示为零
9 到底，再顺时针旋转 2 圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到 2V 档，合上主机箱电 源开关；调节实验模板放大器的调零电位器 RW4，使电压表显示为零。 3、应变片单臂电桥实验：拆去放大器输入端口的短接线，将暂时脱开的引线复原(见 图 1 接线图)。调节实验模板上的桥路平衡电位器 RW1，使主机箱电压表显示为零；在应 变传感器的托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表 值，直到 200g（或 500 g）砝码加完。记下实验结果填入表 1 画出实验曲线。 表 1 重量(g) 电压(mv) 4、根据表 1 计算系统灵敏度 S＝ΔU/ΔW（ΔU 输出电压变化量，ΔW 重量变化量）和非线性误差 δ， δ=Δm/yFS ×100％式中Δm 为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yFS 满量程输 出平均值，此处为 200g（或 500g）。实验完毕，关闭电源。 五、思考题： 单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受 压）应变片（3）正、负应变片均可以。 II 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：不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高， 非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压 UO2＝EKε／2。 三、需用器件与单元：主机箱、应变式传感器实验模板、托盘、砝码。 四、实验步骤： 1、将托盘安装到应变传感器的托盘支点上。将实验模板差动放大器调零：用导线将实 验模板上的±15v、⊥插口与主机箱电源±15v、⊥分别相连，再将实验模板中的放大器 的两输入口短接(Vi＝0)；调节放大器的增益电位器 RW3 大约到中间位置(先逆时针旋到 底，再顺时针旋转 2 圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到 2V 档，合上主机箱电源 开关；调节实验模板放大器的调零电位器 RW4，使电压表显示为零
应变片 力 加热器（ 摄动梁应空播座 加热电阳托盘支点 接主机箱士15V 2>m ·接主机箱-4N 应变传感器实验模板 图2应变式传感器半桥接线图 2、拆去放大器输入端口的短接线，根据图2接线。注意R应和R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。 调节实验模板上的桥路平衡电位器R,使主机箱电压表显示为零：在应变传感器的托盘 上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g (或500g)砝码加完。记下实验数据填入表2画出实验曲线，计算灵敏度S,=U/W, 非线性误差6。实验完毕，关闭电源。 表2 重量 电压 三、思考题： 1、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：(1)对边(2) 邻边。 2、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
10 图 2 应变式传感器半桥接线图 2、拆去放大器输入端口的短接线，根据图 2 接线。注意 R2应和 R3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。 调节实验模板上的桥路平衡电位器 RW1，使主机箱电压表显示为零；在应变传感器的托盘 上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到 200g （或 500 g）砝码加完。记下实验数据填入表 2 画出实验曲线，计算灵敏度 S2＝U／W， 非线性误差δ。实验完毕，关闭电源。 表 2 重量 电压 三、思考题： 1、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边（2） 邻边。 2、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