電氣測(cè)量實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)2015..

1、電氣測(cè)量與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院2015.4實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)度表周次星期節(jié)次實(shí)驗(yàn)名稱學(xué)時(shí)數(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵髮?shí)驗(yàn)類型第1、掌握電容式傳感器測(cè)試電-二實(shí)驗(yàn)一：2.42路連接方法、工作原理；大電容式傳感器位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)2、掌握電容式傳感器測(cè)試位節(jié)移的方法。1、了解金屬箔式電阻應(yīng)變片11第的應(yīng)變效應(yīng)；實(shí)驗(yàn)二：2.1、2.32、觀察金屬箔式電阻應(yīng)變片五大電阻式傳感器電橋性能實(shí)驗(yàn)2的結(jié)構(gòu)及粘貼方式；節(jié)3、掌握單臂、全橋工作原理和性能測(cè)試方法。第實(shí)驗(yàn)三：2.51、了解霍爾式傳感器的工作-二霍爾式傳感器直流激勵(lì)位移實(shí)驗(yàn)原理；12大22、掌握霍爾式傳感器直流激節(jié)勵(lì)特性測(cè)試方法。五第大節(jié)實(shí)驗(yàn)四：2.6電渦流傳

2、感器位移實(shí)驗(yàn)21、了解電渦流傳感器結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)；2、掌握電渦流傳感器測(cè)量位移的工作原理和特性。第1章 傳感信號(hào)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)箱說(shuō)明書1.1實(shí)驗(yàn)箱的組成系統(tǒng)硬件主要由三部分構(gòu)成：電源模塊、傳感信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)換調(diào)理模塊、傳感信號(hào)數(shù)字處理模塊。三個(gè)模塊各自分立，相互間通過(guò)信號(hào)線連接。1.2系統(tǒng)電源模塊系統(tǒng)電源模塊具體由傳感信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)換調(diào)理模塊供電電路和傳感信號(hào)數(shù)字處理模塊供電電路兩部分構(gòu)成。 工作原理為交流變直流。 為確保系統(tǒng)用電安全和模擬電路與數(shù)字電路兩 區(qū)域的完全的電氣隔離， 提高系統(tǒng)電路本身的抗電氣干擾性能，采用了雙繞組輸出的單相隔離變壓器。模擬電路模塊供電直流穩(wěn)壓電源：土15V, 土 5V。數(shù)字

3、電路模塊供電直流穩(wěn)壓電源；+5V, +3.3V1.3傳感信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)換調(diào)理模塊傳感信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)換調(diào)理模塊電氣部分具體包括：霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉?電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、溫度傳感器?shí)驗(yàn)?zāi)０濉㈦姕u流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、?yīng)變片實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⒁约叭N不同性能與功能信號(hào)調(diào)理電路模板。具體布局見(jiàn)圖1.1所示。9SS8SSSTW9圖1.1傳感信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)換調(diào)理模塊布局圖1.3.1應(yīng)變片實(shí)驗(yàn)?zāi)０鍛?yīng)變片式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迦鐖D1.3.1所示。圖1.3.1應(yīng)變片式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０鍖?shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腞1、R2、R3、R4為金屬箔式電阻應(yīng)變片，沒(méi)有文字標(biāo)記的5個(gè)電阻符號(hào)下面是空的，其中4個(gè)組成電橋模型是為實(shí)驗(yàn)者組成電橋方便而設(shè)，面板上虛線所示電阻

4、為虛設(shè)，僅為組橋提供插座。 具體包括：應(yīng)變片式單臂電橋連接電路、應(yīng)變片式半橋連接電路、應(yīng)變片式全橋連接電路。圖中的實(shí)線表示電路連接線。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中4片金屬箔式電阻應(yīng)變片已安裝在平行式懸臂梁上，如圖1.3.1所示。左上角應(yīng)變片為 R1;右上角為R4;左下角為R2;右下角為R3,當(dāng)傳感器托盤支點(diǎn)受壓時(shí)，R1、R4阻值增加，R2 R3阻值減小，可用四位半數(shù)顯萬(wàn)用進(jìn)行測(cè)量判別。常態(tài)時(shí)應(yīng)變片阻值為 350 Q。加熱電阻也已安裝在懸臂梁下面，加熱絲電阻值為50 Q左右。此4片應(yīng)變片已連接在應(yīng)變片式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳戏降腞1、R2、R3 R4上。1.3.2電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０咫娙輦鞲衅鲗?shí)驗(yàn)?zāi)０迦鐖D 1.3.2所

5、示。電路由三部分構(gòu)成：555多諧振蕩電路、環(huán)形二 極管充放電法測(cè)量電容電路、 L型高低通濾波電路。電路后續(xù)輸出端 V01接一級(jí)差動(dòng)放大電 路。圖1.3.2電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?1 )環(huán)形二極管充放電法測(cè)量電容電路工作原理工作原理本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的電容傳感器測(cè)量電路選用環(huán)形二極管充放電法測(cè)量電容電路。圖如圖1.3.3所示。555時(shí)基芯片構(gòu)成多諧振蕩電路，作為環(huán)形二極管充放電法測(cè)量電容電 路的脈沖激勵(lì)源。C3與Li構(gòu)成無(wú)源L型高通濾波器；L2與C5構(gòu)成無(wú)源L型低通濾波器。圖1.3.3環(huán)形二極管充放電法測(cè)量電容電路工作原理示意圖點(diǎn)向C點(diǎn)流動(dòng)的電荷量為i3. 。VD2、 VD4VD1、VD3截止。在 T2這

6、由E2下降到E1,放電電流放電，它們兩端的電壓環(huán)形二極管充放電法測(cè)量電容電路電容Cxi和CX2兩端的電壓皆由q1=CX2（E2-E1） ;。e為負(fù)半周時(shí)，方波2段時(shí)間內(nèi)由C點(diǎn)向A點(diǎn)流過(guò)的電荷量為二為正半周時(shí)，方波由E1躍變到E2時(shí),充電的電流i1，對(duì)G2充電的電流q2=Cx1（E2-E1）。流過(guò)A C支路的瞬時(shí)電流的平均值I 二Cx1f(E2 -EJ-Cx2f(E2 -EJ = f.：E(Cx1 -Cx2)= f ECx E為方波的幅值， E=E2-E1。I正比于 Cxo（2）電容傳感器結(jié)構(gòu)原理本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電容傳感器可以測(cè)量0 2.5mm的距離，傳感器由兩組定片和一組動(dòng)片組成。結(jié)構(gòu)示意圖如圖1

7、.3.4所示：當(dāng)動(dòng)片上、下改變位置，與兩組靜片之間的重疊面積發(fā)生變化，極間電容也發(fā)生相應(yīng)變化，成為差動(dòng)電容。將上層定片與動(dòng)片形成的電容定位Cx1,下層定片與動(dòng)片形成的電容定為Cx2,當(dāng)Cx1和Cx2接入橋路作為相鄰臂時(shí)，橋路的輸出電壓與電容量的變化有關(guān)，即與動(dòng)片的位移有關(guān)。圖1.3.4圓筒式變面積差動(dòng)結(jié)構(gòu)電容傳感器結(jié)構(gòu)示意圖（3）測(cè)微頭的組成和讀數(shù)方法電容傳感器測(cè)試位移實(shí)驗(yàn)需要正確安裝與使用測(cè)微頭。測(cè)微頭的結(jié)構(gòu)組成和讀數(shù)方法如圖1.3.5所示：圖1.3.5測(cè)微頭結(jié)構(gòu)組成與讀數(shù)方法示意圖測(cè)微頭組成：測(cè)微頭由不可動(dòng)部分安裝套、軸套和可動(dòng)部分測(cè)桿、微分筒、微調(diào)鈕組成。測(cè)微頭讀數(shù)與使用：測(cè)微頭的安裝套

8、便于在支架座上固定安裝，軸套上的主尺有兩排刻度線，標(biāo)有數(shù)字的是整毫米刻線（1 mm/格），另一排是半毫米刻線（0 . 5 mm/格）；微分 筒前部圓周表面上刻有 50等分的刻線（0 . 0 1mm/格）。用手旋轉(zhuǎn)微分筒或微調(diào)鈕時(shí)，測(cè)桿就沿軸線方向進(jìn)退。微分筒每轉(zhuǎn)過(guò)1格，測(cè)桿沿軸方向移動(dòng)微小位移0. 0 1毫米，這也叫測(cè)微頭的分度值。測(cè)微頭的讀數(shù)方法是先讀軸套主尺上露出的刻度數(shù)值，注意半毫米刻線；再讀與主尺橫線對(duì)準(zhǔn)微分筒上的數(shù)值、可以估讀1/ 10分度，如圖1.3.5甲讀數(shù)為3 . 6 7 8 mm，不是3 . 17 8mm;遇到微分筒邊緣前端與主尺上某條刻線重合時(shí)，應(yīng)看微分筒的示值是否過(guò) 零，

9、如圖1.3.5乙已過(guò)零則讀2. 5 14mm ;如圖 1.3.5丙未過(guò)零，則不應(yīng)讀為2 mm,讀數(shù)應(yīng)為1 . 9 8 0 mm。測(cè)微頭使用：測(cè)微頭在實(shí)驗(yàn)中是用來(lái)產(chǎn)生位移并指示出位移量的工具。一般測(cè)微頭在使用前，首先轉(zhuǎn)動(dòng)微分筒到1 0 mm處 （為了保留測(cè)桿軸向前、后位移的余量），再將測(cè)微頭軸套上的主尺橫線面向自己安裝到專用支架座上，移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套（測(cè)微頭整體移動(dòng)）使測(cè)桿與被測(cè)體連接并使被測(cè)體處于合適位置（視具體實(shí)驗(yàn)而定）時(shí)再擰緊支架座上的緊固螺釘。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭的微分筒時(shí)，被測(cè)體就會(huì)隨測(cè)桿而位移。圖1.3.8霍爾效應(yīng)原理示意圖1.3.3霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０寤魻杺鞲衅鲗?shí)驗(yàn)?zāi)０迦鐖D1.3.6所示。

10、圖1.3.6霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０灞緦?shí)驗(yàn)系統(tǒng)中霍爾傳感器安裝位置與方法如圖1.3.7所示:D棋板測(cè)總架一測(cè)微頭圖1.3.7霍爾傳感器安裝示意圖霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)，把相關(guān)測(cè)試量轉(zhuǎn)換為電動(dòng)勢(shì)的變化?；魻栃?yīng)把一塊載流子導(dǎo)體置于靜止的磁場(chǎng)中，當(dāng)載流子導(dǎo)體中有電流通過(guò)時(shí)，在垂直于電流方向和磁場(chǎng)的方向上就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)， 這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)， 所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為霍爾電勢(shì)，此載流子導(dǎo)體稱為霍爾元件或霍爾片?；魻栃?yīng)原理示意圖如圖1.3.8所示。B一塊N型半導(dǎo)體，長(zhǎng)為I，寬為b，厚度為h的，在半導(dǎo)體長(zhǎng)度方向通以電流I，將其置于的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的磁場(chǎng)中（磁場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直于半導(dǎo)體平面），則半導(dǎo)體中的載流子電

11、子將會(huì)受到洛侖茲力的作用，根據(jù)物理學(xué)知識(shí)：Fl二qovB式中qo 電子的電荷量；v 半導(dǎo)體中電子的運(yùn)動(dòng)速度；B 磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Fl方向如圖1.3.8所示。在力Fl的作用下，按長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的電子將會(huì)向半導(dǎo)體的一側(cè)偏移，形成電子累積，而在另一側(cè)將會(huì)累積正電荷，從而又在兩側(cè)之間形成一附加內(nèi)場(chǎng)Eh,即霍爾電場(chǎng)。此時(shí)霍爾電場(chǎng)Eh兩端之間的電位差 UH霍爾電勢(shì)）為：Uh 二 bEH1 IBne d霍爾常數(shù)Rh1neKh1nedU h = Rh 霍爾元件靈敏度（靈敏系數(shù)）d Kh :Uh =KhBI所以霍爾電勢(shì)與磁感應(yīng)強(qiáng)度 B和激勵(lì)電流I成正比，與霍爾片厚度長(zhǎng)反比。因而在實(shí)際 應(yīng)用中為了提高靈敏系數(shù)，霍爾

12、元件常常制成薄片形狀?；魻栐慕Y(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，它由霍爾片、弓I線和殼體三部分構(gòu)成，如圖1.3.9（a）所示?；魻柶且粔K矩形半導(dǎo)體薄片， 在它的四個(gè)端面引出四根引線， 其中引線1和3為激勵(lì)電壓 或電流引線，稱為激勵(lì)電極。引線 2和4為霍爾電勢(shì)輸出引線，稱為霍爾電極。其等效電 路和電路符號(hào)如圖1.3.9（b）所示。銻化銦等半導(dǎo)體材料，霍爾元件殼體由不具霍爾片材料常用的主要有鍺、硅、砷化銦、有導(dǎo)磁性的金屬、陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝而成。圖1.3.9 霍爾元件結(jié)構(gòu)外形、圖形符號(hào)、基本測(cè)量電路示意圖1.3.4信號(hào)調(diào)理電路模板本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)信號(hào)調(diào)理電路模板由三種類型電路、三個(gè)模塊構(gòu)成：（1） 三運(yùn)放高共模抑制比放大

13、電路，也稱為儀表放大器（精密放大器），如圖1.3.16（a）所示。反向比例放大電路的作用主要是用于放大電路的輸出調(diào)零。RW 為增益調(diào)節(jié)電位。RW為調(diào)零電位器。（2）差分比例運(yùn)算電路：可把差動(dòng)傳感信號(hào)轉(zhuǎn)換為單一的放大的電壓信號(hào)輸出?？捎行У匾种乒材８蓴_電壓的影響。如圖1.3.16 （b）所示。（3） 模擬信號(hào)幅值衰減處理模塊：如圖1.3.16 （c）所示。此電路模塊的主要作用是把幅值在土 14之間的模擬傳感器信號(hào)衰減變換為02.5V的信號(hào)范圍，然后再提供給數(shù)字信號(hào)處理模塊的信號(hào)輸入端子，以進(jìn)行傳感信號(hào)的數(shù)字化顯示處理。(b)(c)圖 1.3.16 信號(hào)調(diào)理電路模板第 2 章 基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目2.1

14、 電阻應(yīng)變片式傳感器單橋性能實(shí)驗(yàn)2.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解金屬箔式電阻應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)；2、觀察金屬箔式電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及粘貼方式；3、掌握單橋工作原理和性能測(cè)試方法。2.1.2 實(shí)驗(yàn)原理電阻應(yīng)變效應(yīng)：電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值將發(fā)生變化。描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為： R/ R= Ks 式中： RZ R為電阻絲電阻相對(duì)變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，s = L/L為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。金屬箔式電阻應(yīng)變片是通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制 成的應(yīng)變敏感元件，通過(guò)它轉(zhuǎn)換被測(cè)部位受力狀態(tài)變化。電橋電路是最常用的非電量電測(cè)電路中的一種，電橋的作用是完成電阻到電壓的比例變化， 電橋的輸出電壓反映了相應(yīng)的

15、受力狀態(tài)。當(dāng)電橋平衡時(shí)，橋路對(duì)臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個(gè)電阻R1、R2、R3 R4中，電阻的相對(duì)變化率分別為R1/ R1、A27R2/ R2、A R3/ R3、A R4/ R4。對(duì)單橋輸出電壓近似值Uoi= EKs /4。單橋、半橋、全橋電路的靈敏度依次增大。如圖2.1所示R5、R6、R7為固定電阻，與應(yīng)變片一起構(gòu)成一個(gè)單橋，其輸出電壓:R/R(2.1.1 )EUo=-4E為電橋電源電壓,S = 100%。2 RR為固定電阻值，式2.1表明單橋輸出為非線性，非線性誤差為圖2.1.1單橋測(cè)試連接電路原理示意圖2.1.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備與元器件1 電阻應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)摸板、電阻應(yīng)變式傳感器、

16、信號(hào)調(diào)理電路模板、托盤、砝碼、4 2位數(shù)顯萬(wàn)用表2.1.4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟:1、按照?qǐng)D2.1.1所示直流單橋測(cè)試連接電路原理示意圖進(jìn)行電路接線。接線示意圖如 圖2.1.2所示。RlR3CEO15VO43I Orcn_Sr-i牛VolJ_.ro V Ji1 112 1_J1l1I 冊(cè) I-EB7?10 +EGND應(yīng)變片實(shí)驗(yàn)?zāi)０鍒D2.1.2單橋測(cè)試電路連接示意圖2、 放大器輸出調(diào)零：將圖2.1.2實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎攵丝谝€暫時(shí)脫開(kāi)，再用導(dǎo)線將兩輸入端短接（Vi = 0）;調(diào)節(jié)儀表放大器的增益電位器RW9大約到中間位置（先逆時(shí)針旋到底，再順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 2圈）；電壓表的量程切換開(kāi)關(guān)打到2V檔，接通電

17、源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW10使電壓表顯示為零。3、 應(yīng)變片單橋?qū)嶒?yàn)：去除放大器輸入端口的短接線，將暫時(shí)脫開(kāi)的引線復(fù)原（見(jiàn)圖2.1.2接線圖）。調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W7使電壓表顯示為零；在應(yīng)變傳感器的托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g （或500 g ）砝碼加完。記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表2.1.1，并畫出實(shí)驗(yàn)曲線。表2.1.1單橋性能測(cè)試重量（g）電壓(mv)4、根據(jù)表2.1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度 S= U/ W（ U輸出電壓變化量， W重量變化量） 和非線性誤差S。說(shuō)明：匸 m/yFs X 100%，式中 m為輸出值（多次測(cè)量時(shí)為

18、平均值）與擬合直線的最大偏 差：yFs滿量程輸出平均值，此處為 200g （或500g）。2.3電阻應(yīng)變片式傳感器全橋性能實(shí)驗(yàn)2.3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握全橋電路連接方法、工作原理和性能測(cè)試方法;2、了解全橋電路的優(yōu)點(diǎn)；3、比較單橋、全橋三種電路的性能差異。2.3.2實(shí)驗(yàn)原理全橋電路是將電橋的四個(gè)橋臂電阻均接入電阻應(yīng)變片，工作原理示意圖如圖2.3.1所示。全橋連接時(shí)要注意：對(duì)臂應(yīng)變片的受力方向相同，鄰臂應(yīng)變片的受力方向相反即可， 否則相互抵消沒(méi)有輸出。當(dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1= R2= R3= R4,其變化值 R1= R2= R3= R4時(shí)，其橋路輸出電壓 U)3= KEs。其輸出靈敏度比半橋又提

19、高了一倍，非線性誤差和 溫度誤差均得到改善。-5V+ 5V圖2.3.1全橋測(cè)試連接電路原理示意圖2.3.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備與元器件電阻應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)摸板、電阻應(yīng)變式傳感器、信號(hào)調(diào)理電路模板、托盤、砝碼、4刁 位數(shù)顯萬(wàn)用表2.3.4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟:1、按照?qǐng)D2.3.1所示全橋測(cè)試連接電路原理示意圖進(jìn)行電路接線。接線示意圖如圖2.3.2所示。注意：為了接線圖的清晰表達(dá)，圖2.3.2中只繪制了部分接線，應(yīng)將模板左上方R1F4四個(gè)電阻，按全橋結(jié)構(gòu)中所標(biāo)識(shí)的受力示意，用實(shí)際導(dǎo)線將它們分別接入，構(gòu)成實(shí)際的全 橋測(cè)試電路。R3o BOR2Q ORJOE3 O1仍I_應(yīng)變片實(shí)驗(yàn)?zāi)０鍒D232全橋測(cè)試電路連接示意圖2、

20、 放大器輸出調(diào)零：將圖2.3.2實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎攵丝谝€暫時(shí)脫開(kāi)，再用導(dǎo)線將兩輸入端短接（Vi = 0）;調(diào)節(jié)儀表放大器的增益電位器RW9大約到中間位置（先逆時(shí)針旋到底，再順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 2圈）；電壓表的量程切換開(kāi)關(guān)打到2V檔，接通電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW10使電壓表顯示為零。3、 應(yīng)變片全橋?qū)嶒?yàn)：去除放大器輸入端口的短接線，將暫時(shí)脫開(kāi)的引線復(fù)原（見(jiàn)圖2. 3.2接線圖）。調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W7使電壓表顯示為零；在應(yīng)變傳感器的托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g （或500 g）砝碼加完。記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表 2

21、.3.1 ,并畫出實(shí)驗(yàn)曲線。計(jì)算靈敏度S= U/ W 非線性誤差3 = m/yFs X 100%。表2.3.1全橋性能測(cè)試重量（g）電壓(mv)2.3.5思考題:1、 測(cè)量中，當(dāng)兩組對(duì)邊（R1、R3為對(duì)邊）電阻值 R相同時(shí)，即 R1 = R3, R2= R4,而 R1M R2時(shí)，是否可以組成全橋：（1）可以（2）不可以。2、 比較單臂、全橋三種電路的性能差異。三種電橋連接示意圖如圖 2.3.3所示。根據(jù) 其靈敏度和非線性度，從理論上進(jìn)行分析比較，闡述理由。注意：實(shí)驗(yàn)2.1、2.2、2.3中的放大器增益必須設(shè)定相同。2.4電容式傳感器位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)241實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解電容式傳感器結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)；2

22、、掌握電容式傳感器測(cè)試電路連接方法、工作原理;3、掌握電容式傳感器測(cè)試位移的方法。2.4.2實(shí)驗(yàn)原理由絕緣介質(zhì)分開(kāi)的兩個(gè)平行金屬板組成的平板電容，如果不考慮邊緣效應(yīng)， 其電容量求解表達(dá)式為：C= e A/doe為電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)；A為兩平行極板所覆蓋的面積；d為兩平行極板之間的距離。當(dāng)被測(cè)單數(shù)變化使得表達(dá)式中 e、A d中三個(gè)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，則電容量C也隨之變化。若要保持兩個(gè)參數(shù)不變，而只改變其中一個(gè)參數(shù)，則可以實(shí)現(xiàn)將被測(cè)參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為 電容量的變化。本實(shí)驗(yàn)所采用的傳感器為圓筒式變面積差動(dòng)結(jié)構(gòu)的電容式位移傳感器，如圖2.4.1所示：它是有二個(gè)圓筒和一個(gè)圓柱組成的設(shè)圓筒的半徑為R;圓柱

23、的半徑為r; x為內(nèi)、外電極重疊部分的長(zhǎng)度，則電容量為C=e 2二x/ln(R /r)。圖中C1、C2是差動(dòng)連接，當(dāng)圖中重疊部分長(zhǎng)度 x發(fā)生變化，產(chǎn)生?X位移時(shí)，電容量的變化量為：？C=C1 C2=e 2二2?X/ ln(R1 章 3.2 o員柱圓筒1C1C2連桿圖2.4.1圓筒式變面積差動(dòng)結(jié)構(gòu)電容式位移傳感器結(jié)構(gòu)示意圖2.4.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備與元器件電容式傳感器實(shí)驗(yàn)摸板、電容傳感器、測(cè)微頭、2.4.4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：丄42位數(shù)顯萬(wàn)用表1、將測(cè)微頭與電容式傳感器正確安裝在實(shí)驗(yàn)箱上對(duì)應(yīng)的傳感器支架上。測(cè)微頭的使用/r)，式中e、2二、ln(R / r)為常數(shù)，說(shuō)明？C與位移？X成正比，配上配套測(cè)量電路

24、就能測(cè) 量位移。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)電容傳感器測(cè)量電路由三部分構(gòu)成：555多諧振蕩電路、二極管雙 T 型網(wǎng)絡(luò)、LC濾波限幅電路。后續(xù)V01接一級(jí)比例運(yùn)算放大電路。具體工作原理見(jiàn)第見(jiàn)第1章3.2 。連接電容傳感器時(shí)要注意：一般兩個(gè)靜極片分別為號(hào)引線。將電容 Cx1和Cx2兩個(gè)靜片的連線分別插入電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓?兩個(gè)插孔上，動(dòng)極板連線插地插孔Cin3。安裝與接線如圖 2.4.2所示。1 ”、“ 2”號(hào)引線，動(dòng)極片為“ 3”Cin1 和 Cin2圖2.4.2電容式傳感器測(cè)量位移電路連接示意圖2、 將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系?Rw調(diào)節(jié)到中間位置（方法：逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底再順時(shí)傳3圈 ）。3、將電壓表量程（顯示選擇）開(kāi)關(guān)打到2

25、v檔，旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，改變電容傳感器的動(dòng)極板位置，使電壓表顯示Ov，再轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭，改變電容傳感器動(dòng)極板的位置，每隔0.2mm記下位移X與輸出電壓值，將數(shù)據(jù)填入表2.4.1中，并作出X V實(shí)驗(yàn)曲線（這樣單行程位移方向做實(shí)驗(yàn)可以消除測(cè)微頭的回差）。表2.4.1電容傳感器位移測(cè)量X(mm)V(mv)4、根據(jù)表2.4.1數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差S 。245思考題:什么是電容式傳感器的邊緣效應(yīng)？它會(huì)對(duì)傳感器的性能帶來(lái)哪些不利影響?2.5霍爾式傳感器直流激勵(lì)位移實(shí)驗(yàn)2.5.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解霍爾式傳感器的工作原理；2、掌握霍爾式傳感器直流激勵(lì)特性測(cè)試方法。2.5.2實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)霍爾效應(yīng)（具

26、體原理見(jiàn)第1章3.3）,霍爾電勢(shì)Uh = KB，當(dāng)霍爾元件處在梯度磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的電勢(shì)會(huì)發(fā)生變化，利用這一性質(zhì)進(jìn)行位移測(cè)量。本實(shí)驗(yàn)霍爾式傳感器直流激勵(lì)位移測(cè)試電路的工作原理示意圖如圖2.5.1所示。數(shù)顯表百瀘激勵(lì)圖2.5.1霍爾式傳感器直流激勵(lì)位移測(cè)試電路示意圖2.5.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備與元器件1霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)摸板、霍爾傳感器、測(cè)微頭、4 2位數(shù)顯萬(wàn)用表2.5.4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1、將測(cè)微頭與霍爾傳感器正確安裝在實(shí)驗(yàn)箱上對(duì)應(yīng)的傳感器支架上。安裝與接線如圖2.5.2所示。注意：霍爾傳感器接線插座的“ 1”、“3”端為電源激勵(lì)線，“ 2”、“ 4”端為霍爾電勢(shì)輸 出引線端?；魻栯妱?shì)輸出引線端可選擇差動(dòng)放

27、大電路或儀表放大電路。Rwl霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０鍒D2.5.2霍爾傳感器（直流激勵(lì)）位移實(shí)驗(yàn)接線示意圖2、檢查接線無(wú)誤后，開(kāi)啟電源，調(diào)節(jié)測(cè)微頭使霍爾片處在兩磁鋼的中間位置，再調(diào)節(jié) FWi使數(shù)顯表指示為零。3、 以某個(gè)方向調(diào)節(jié)測(cè)微頭2 mm位移，記錄電壓表讀數(shù)作為實(shí)驗(yàn)起始點(diǎn)；再反方向調(diào) 節(jié)測(cè)微頭每增加 0.2mm記下一個(gè)讀數(shù)（建議做4mm位移），將讀數(shù)填入表 2.5.1 。表2.5.1霍爾傳感器位移測(cè)量X( mmV(mv)4、作出V X曲線，計(jì)算不同測(cè)量范圍時(shí)的靈敏度和非線性誤差。2.5.5 思考題：本實(shí)驗(yàn)中霍爾元件位移的線性度實(shí)際上反映的是什么量的變化?2.6電渦流傳感器位移實(shí)驗(yàn)261實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解電渦流傳