传感技术实验义3个.doc

实验一 单臂电桥、半桥和全桥的比较实验目的：了解金属箔片式应变片，验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系。 所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬梁称重传感器、砝码、应变片、F/V表、主、副电源。实验原理与公式：（1）单臂电桥平衡条件： R1R4 = R2R3 输出电压：灵敏度：（2）半桥平衡条件： R1R4 = R2R3 输出电压：灵敏度：（3）全桥平衡条件： R1R4 = R2R3 输出电压：灵敏度：旋钮初始位置：直流稳压电源拨到2V档，F/V表拨到2V档，差动放大器增益旋钮调到最大。实验步骤： （1）了解所需单元、部件在实验仪上的位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下两片梁的外表面各贴两片应变片。（2）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；调节差动放大器的增益旋纽到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零，然后关闭主、副电源。（3）根据下图，R1、R2、R3为电桥的固定电阻；R4Rx为应变片。将稳压电源的切换开关置4v档，F/V表置20v。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，等待数分钟后将F/V表置2v，再调节电桥W1（慢慢调）使F/V表显示为零。（4）在传感器的托盘上放上一只砝码，记下此时的电压数值，然后每增加一只砝码记下一个数值并将这些数值填入下表。 表1重量(g)电压(mv)（5）保持放大器增益不变，将固定电阻R3换为与RX(R4)工作状态相反的另一应变片，即取两片受力方向不同的应变片，形成半桥，调节电桥的W1使F/V表显示为零，重复（4）过程同样测得读数，填入表2。 表2重量(g)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两片受力应变片，组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反的原则即可，否则相互抵消没有输出电压。接成一个直流全桥，调节电桥的W1，同样使F/V表显示为零。重复（4）过程将读出数据填入表3 表3重量(g)电压(mv)（7）根据所得结果计算系统的灵敏度S , 在同一坐标纸上描出VW曲线，为电压变化量，为相应的重量变化量，并比较三种接法的灵敏度。 注意事项： （1）实验仪器中电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一个标记，让学生组桥容易。（2）做此实验时应将低频振荡器、音频振荡器的幅度调至最小，以减小其对直流电桥的影响。 （3）实验过程中，直流稳压电源输出不允许大于4V，以防应变片过热损坏。 （4）不能用手触及应变片及过度弯曲平行梁，以免应变片损坏。 （5）当加入砝码后电压表读数无变化时，一般是少接了两根线，即W1与4v的连线，W1与4v的连线。 （6）当F/V表读数比标准值减少一半左右时，一般是直流稳压电源拨到2v档位，应拨到4v档位。（7）在更换应变片时应将电源关闭。（8）在实验过程中如发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。 （9）实验过程中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。（10）接成全桥时请注意区别各应变片的工作状态方向。（11）实验中用到所需单元时，则该单元上的有关电源开关应闭合，完成实验后应关闭所有开关及输出。思考题： （1）本实验电路对直流稳压电源有何要求？为什么？（2）本实验电路对差动放大器有何要求？为什么？（3）单臂电桥的非线性误差为多少？（4）半桥的非线性误差为多少？（5）全桥的非线性误差为多少？附： r1K W1=W2=22KC= 300P 实验二 硅光电池、光敏电阻和热敏电阻实验实验目的：1. 了解硅光电池的结构、原理和性能。2. 了解光敏电阻的结构、原理和性能。3. 了解NTC热敏电阻现象。实验原理：1. 在光照作用下，由于元件内部产生的势垒作用，在结合部使光激发的电子空穴对分离，电子与空穴分别向相反方向移动而产生电势的现象，称为光伏效应。硅光电池就是利用这种效应制成的光电探测器件。2. 入射光子使物质的导电率发生变化的现象，称为光电导现象。硫化镉（Cds）光敏电阻就是利用光电导效应的光电探测器的典型元件。根据制造方法，其光敏面大致可分为单结晶型、烧结型、蒸空镀膜型。3. 热敏电阻是一种用半导体制成的敏感元件，它的灵敏度高，电阻温度系数的绝对值比一般金属电阻大10100倍，在测温领域、温度补偿方面和温度控制方面具有广泛的应用。热敏电阻的温度系数有正有负，因此分成两类：PTC热敏电阻（正温度系数，即温度升高时电阻值增大）与NTC热敏电阻（负温度系数，即温度升高时电阻值减小）。一般NTC热敏电阻测量范围较宽，主要用于温度测量；而PTC突变型热敏电阻的温度范围较窄，一般用于恒温加热控制或温度开关，也用于彩电中作自动消磁元件。 所需单元及部件：硅光电池、光敏电阻、热敏电阻、加热器、可调直流稳压电源、数字F/V表、电桥平衡网络中的电位器W1和电阻r 、数字万用电表、15v稳压电源、主、副电源。有关旋钮的初始位置：低频振荡器的幅度旋钮置于最小(以防干扰)，F/V表置2V档。实验步骤：一、硅光电池实验（1）按图1连线。 图1（2）电压表置2v档，直流稳压电源4v档。（3）将4v电压接入仪器顶部光敏类传感器盒4v端口。（4）将光强调节旋钮关至最小，发光二极管最暗，记录此时电压表的读数（这是外界自然光对硅光电池的影响）。（5）将光强调节旋钮调到最大，发光二极管最亮，记录此时电压表的读数。（6）将光强旋钮调到中间位置（尽量估计准确），记录此时电压表的读数。 表1光强调节旋钮的位置关至最小（最暗）调到中间位置调到最大（最亮）电压表的读数二、光敏电阻实验（1） 使用数字万用电表的电阻档测量光敏电阻在以下两种条件下的电阻值：不用手遮光；用手遮光。并将数据填入表2。 表2不用手遮光时光敏电阻的电阻值用手遮光时光敏电阻的电阻值（2）按照图2连线。（3）将4v电压接入仪器顶部光敏类传感器盒4v端口。（4）将光强调节旋钮置最小位（即将光强旋钮反时针调到底），F/V表置2v档，调节电位器W1使F/V示值最小，记录电压表的示数。 图2（5）将光强调节旋钮置最大位（即将光强旋钮顺时针调到底），记录电压表的示数。（6）将光强调节旋钮置中间位置，记录电压表的示数。 表3光强调节旋钮的位置关至最小（最暗）调到中间位置调到最大（最亮）电压表的读数 三、热敏电阻实验 （1）了解热敏电阻在实验仪上所在的位置及符号，它是一个蓝色或棕色元件，封装在透明塑料盒内。（2）使用数字万用电表电阻档测量热敏电阻在室温条件下的电阻值。（3）将15v电源接入加热器，加热5分钟时关闭主电源，测量此时热敏电阻的电阻值。并将数据填入下表。 表4室温时热敏电阻的电阻值加热5分钟时热敏电阻的电阻值（4）先将热敏电阻降温（因为刚才热敏电阻已经加热了5分钟），再将F/V表切换置2v档，直流稳压电源切换开关置2v档，按照下图连接，开启主、副电源，调整W1电位器，使F/V表指示为100mv。100mv为室温时的输入电压Vi 。 图4（5）将15v电源接入加热器，观察电压表的读数并回答: 表5室温时的电压表读数加热5分钟时电压表的读数注意事项：1. 因外界光对光敏元件也会产生影响，实验时应尽量避免外界光的干扰。2. 如果实验数据不稳，应检查周围是否有人走动。思考题：1. 在硅光电池实验中，电压表读数的变化说明了什么？2. 在光敏电阻实验中，电压表读数的变化说明了什么？3. 做光敏电阻实验时，副电源开关可否拨到断开位置？为什么？4. 在热敏电阻实验中，根据室温时热敏电阻的电阻值和加热5分钟时热敏电阻的电阻值来判断，该热敏电阻是PTC型还是NTC型？ 为什么？根据室温时电压表的读数和加热5分钟时电压表的读数来判断，该热敏电阻是PTC型还是NTC型？ 为什么？附：调光电路（内部电路） 图5A、 B为红色发光管，其最大工作电压为1.7v 。 实验三 差动变压器(互感式）的性能实验目的：了解差动变压器原理及工作情况实验原理：差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。初级线圈做为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边，差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的。其原理及输出特性见图11A。所需单元及步件：音频振荡器、测微头、示波器、主、副电源、差动变压器、振动平台。有关旋钮室始位置：音频振荡器4KHz8KHz之间，双踪示波器第一通道灵敏度500mv/div，第二通道灵敏度10mv/div，触发选择打到第一通道，主、副电源关闭。实验步骤：（1）根据图11B接线，将差动变压器、音频振荡器（必须LV输出）、双踪示波器连接起来，组成一个测量线路。开启主、副电源，将示波器探头分别接至差动变压器的输入和输出端，调节差动变压器源边线圈音频振荡器激励信号峰峰值为2V。（2）用手提压变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改变两个次级线圈的串接端。（3）转动测微头使测微头与振动平台吸合，再向上转动测微头5mm，使振动平台往上位移。（4）向下旋钮测微头，使振动平台产生位移。每位移0.2mm，用示波器读出差动变压器输出端峰峰值填入下表，根据所得数据计算灵敏度S。S=V/X（式中V为电压变化，X为相应振动平台的位移变化），作出V-X关系曲线。读数过程中应注意初、次级波形的相应关系。X（mm)5mm4.8mm4.6mm0.2mm0mm-0.2mm-4.8mm-5mmVo(p-p) 思考：（1）根据实验结果，指出线性范围。（2）当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双线示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化？（3）用测微头调节振动平台位置，使示波器上观察到的差动变压器的输出阻抗端信号为最小，这个最小电压是什么？由于什么原因造成？注意：示波器第二通道为悬浮工作状态。实验二 差动变压器（互感式）零残余电压的补偿 实验目的：说明如何用适当的网络线路对残余电压进行补偿。 实验原理：零残电压中主要包含两种波形成份： 1、基波分量。这是由于差动变压器两个次级绕组因材料或工艺差异造成等效电路参数（M、L、R）不同，线圈中的铜损电阻及导磁材料的铁损，线圈中线间电容的存在，都使得激励电流所产生的磁通不同相。 2、高次谐波。主要是由导磁材料化曲线非线性引起，由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使激励电流与磁通波形不一致，产生了非正弦波（主要是三次谐波）磁通，从而在二次绕组中感应出非正弦波的电动势。 减少零残电压的办法有：（1）从设计和工艺制作上尽量保证线路和磁路的对称； （2）采用相敏检波电路；（3）选用补偿电路。 所需单元及部件： 音频振荡器、测微头、电桥、差动变压器、差动放大器、双踪示波器、振动平台、主、副电源。 有关旋钮的初始位置： 音频振荡器4KHz-8KHz 之间，双踪示波器第一通道灵敏度500 mV/div，第二通道灵敏度1V/div，触发选择打到第一通道，差动放大器的增益旋到最大。 实验步骤： 图 12 （1）按图12接线，音频振荡必须从LV插口输出，W1、W2、C、r，为电桥单元中调平衡网络。 （2）开启主、副电源，利用示波器，调整音频振荡器幅度钮使示波器一通道显示出为2V峰峰值。调节音频振荡器频率，使示波器二通道波形不失真。 （3）调整测微头，使差动放大器输出电压最小。 （4）依次调整W1、W2，使输出电压进一步减小，必要时重新调节测微头，尽量使