传感器实验指导书.

1、实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验、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。、实验原理：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=K式中： R/F为电阻丝电阻相对变化,K为应变灵敏系数,& = 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=EKg /401三、实验仪器和设备：主机箱（±V、±5V、电压表、应变

2、式传感器实验模板、1位数显万用表（自备。托盘、砝码、42图1应变片单臂电桥性能实验安装、接线示意图四、实验内容和步骤：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。R1、R1、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2、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

3、显万用进行测量判别。常态时应变片阻值为350Q加热丝电阻值为50Q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 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

4、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。重量（g电压（mv4、根据表1计算系统灵敏度S=A U/ W（输出电压变化量，W重量变化量和 非线性误差55 = A m/y FS X 1式中Am为输出值（多次测量时为平均值与拟合直线的最大偏 差:y FS满量程输出平均值，此处为200g（或 500g。实验完毕，关闭电源。五、预习内容: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。实验二金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较、实验目的：比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。

5、、实验原理：如图4 （a、（b、（c（a单臂（b半桥（c全桥图4应变电桥=U-U(a、U=(R1 + A R1/(R1 + A R1+R2-R4/(R3+R4E=:( + R1/R1/(1 + A R1/R1+R2/R2-(R4/R3/(1+R4/R3: E=R2=R3=R4,且 R1/R1<<1o (1/4AR1/R1E所以电桥的电压灵敏度:S=U/( R1/R1 kE=(1/4E (1/2AR1/R1E(b、同理:US=(1/2ER1/R1E(C、同理:US=E三、实验仪器和设备：主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码。、三中的放四、实验内容和步骤：根据实验一、二、三所得的单臂

6、、半桥和全桥输出时的 灵敏度和非线性度，从理论上进行分析比较。阐述理由(注意:实验一、 大器增益必须相同。实验完毕，关闭电源。五、预习内容：实验(三差动变压器性能【实验目的】了解差动变压器式电感传感器的原理和工作情况【实验原理】差动变压器的基本元件有衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等。初级线圈 作为差动变压器激励部分，相当于变压器的原边。而次级线圈由两个结构尺寸和参 数相同的两个线圈反相串接而成，形成变压器的副边。根据内外层排列不同，差动变 压器有二段式和三段式，本实验米用三段式结构。传感器随着被测物体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促 使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感

7、应电势增加，另一只感应电势则减小，将两 只次级反相串接，就为其差动输出，该输出电势则反映出被测物体的移动量。【所需单元及部件】差动变压器式电感传感器、音频振荡器、测微器、V/F表、双通道示波器。【有关旋钮初始位置】音频振荡器4KHZ 8KHZ,双线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】2V。(1根据图接线，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(2用手提压

8、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 压器输出端的峰峰值填入下表，根据所得数据计算灵敏度$= V/ X(式中 V为电 压变化, X为相应振动平台的位移变化，作V-X关系曲线。读数过程中应注意初、 次级波形的相应关系。位移(mm电压(mV【注意事项】(I差变压器的激励源必须从音频振荡器的电流输出口(LV插口输出。(2差变压器的两个次级线圈必须接成差动形式(即同名端相连。这可通过信号 相位有否

9、变化判别之。(3差变压器与示波器的连线应尽量短一线，以避免引入干扰。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(四差动变面积式电容传感器实验【实验目的】了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性。【实验原理】电容式传感器有多种形式，本仪器中差动变面积式。传感器由两组定片和一组动片组成。当安装于振动台上的动片上、下改变位置 ，与两组静片之间的重叠面积发生

10、变化，极间电容也发生相应变化，成为差动电容。如将上层定片与动片形成的电 容定为Cxi,下层定片与动片形成的电容定为 Cx2,当将Cxi和Cx2接入桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关。【所需单元及部件】电容传感器、电压放大器、低通滤波器、F/V表、激振器、示波器【有关旋钮的初始位置】差动放大器增益旋钮置于中间,F/V表置于2V档。【实验步骤】(1根据图接线。(2将F/V表打到20V,调节测微头，使输出为零。(3转动测微头，每次0.1mm,记下此时测微头的读数及电压表的读数，直至电容动 片与上(或下静片覆盖面积最大为止。X(mmV(mV退回测微头至初始位置。

11、并开始以相反方向旋动。同上法，记下X(mm及V(mv值。X(mmV(mV(5卸下测微头，断开电压霍尔式传感器的特性一-【实验原理】霍尔式传(4计算系统灵敏度S=A V/ X，并作出V -X曲线。 表，接通激振器，用示波器观察输出波形。实验(五) 直流激励【实验目的】了解霍尔式传感器的原理与特性。当霍尔感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成。元件通过恒定电流时，霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量X，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。【所需单元及部件】 霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、F/V表、直流稳压电源、测微头、

12、振动平台、主、副电源。【有关旋钮初始位置】 差动放大 器增益旋钮打到最小，电压表置 20V档，直流稳压电源置2V档，主、副电源 关 闭。【实验步骤】.(1 了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上， 二者组合成 霍尔传感器。(2开启主、副电源将差动放大器调零后，增益最小，关闭主电源，根据图接线，W1、r为电桥单元的直流电桥平衡网络。(3装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下 正中位置。(4开启主、副电源，调整 W1使电压表指示为零。(5上下旋动测微 头，记下电压表的读数，建议每 0. 5mm读一个数，将读数填入下表：X(mm V(VX(mm V(V作出V X曲线指出线性范围，求出灵敏度，关闭主