秋传感器实验指导

1、传感器与检测技术实验第九周开始实验，请将实验材料用班费每人打印一份，其他要求如下：1、进入实验室请穿鞋套，并注意实验室的卫生；2、注意用电安全，在不确定的情况下，请先咨询指导老师；3、实验报告单请用电子、电气的版本，并请在实验前预习实验材料和完成预习报告（即在实验报告单上完成除实验数据和分析以外的内容）；4、每次来实验请交上次的实验报告单。班级:0312409-12、18目录绪论3实验一 金属箔式应变片性能一单臂电桥4实验二 半导体扩散硅压阻式压力传感器实验6实验三 霍尔式传感器的应用电子秤之四8实验四 光纤位移传感器静态实验9绪论一、概述实验教学是高等院校教学的重要组成部分，是对课堂所学理论

2、知识的直观认识和拓展应用，是学生理论联系实际的重要途径，它在培养学生综合素质和创新能力方面有着不可替代的重要作用。因此传感器实验教学必须和理论教学紧密结合，注重引导，加强实验考核，使学生普遍对实验重视程度提高，能主动预习准备实验，甚至带着问题进实验室，达到提高学生对传感器原理及特性的理解并进而达到设计和应用的目的，培养高素质技能型人才。二、要求1. 实验课前预习要求每次实验课学生都要预习。预习包括认真阅读实验指导书，明确实验目的及重难点，了解实验原理，设计实验步骤，思考实验思考题等，并在预习过程中写出预习报告。2. 预习报告内容1) 写明实验目的、重点和难点；2) 列出使用的仪器设备；3) 画

3、出完整的实验电路图；4) 拟订实验步骤；5) 列出测量数据的表格；6) 思考题。3. 实验课后报告要求在预习报告的基础上，根据实验原理整理分析实验数据，并按实验要求加以必要的处理，完成指导书要求的问题。一般要求进实验室时交上次实验报告并检查本次预习报告。4. 上课要求凡是上课迟到20分钟以上者，取消本次实验资格；一个学期旷课三次者，取消全部成绩。在课堂上有疑问，举手问老师。实验完成后，经指导老师检查合格并整理归还仪器后方可离开。5. 安全要求严禁带电接、拆线或改接电路。在实验操作是，应该先接好电路，在通电。当发现有接线错误时或改接电路时，应先断电，再进行该接。拆线时，也应先断电，再进行。如果在

4、实验时未按要求而引起的后果学生自负，涉及仪器赔偿按实验室相关规定进行赔偿。三、 实验成绩评定实验课程按五级评分制，分为优、良、中、及格和不及格；平时成绩占70%，主要根据学生的预习情况、实际操作情况、实验数据的准确性和实验报告的质量来进行成绩评定；期末成绩占30%，分为笔试和操作两部分。四、 实验内容安排实验内容包括4个实验，每个实验2个学时，总共8学时五、 参考书传感器与检测技术，陈杰 黄鸿 编，高等教育出版社；csY-9xx系列型传感器系统，杭州赛特传感技术有限公司实验一 金属箔式应变片性能一单臂电桥（ 998A型）实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。实验重点：单臂

5、单桥的工作原理实验难点：单臂单桥的工作原理实验原理：电阻在外力作用下发生机械变形时，其电阻发生变化，这就是应变效应，描述电阻应变的关系式：R/R，式中为电阻丝相对变化，k为应变灵敏系数，/为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻也随之发生相应的变化，通过测量电路，转换成电信号输出显示。电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为R1/R1、R2/R2、R3/R3、R4

6、/R4，当使用一个应变片时，R/R；当二个应变片组成差动状态工作，则有2R/R ；用四个应变片组成二个差对工作，且R1=R2=R3=R4=R，4R/R。由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬臂梁称重传感器、砝码、一片应变片、F/V表、主、副电源。旋钮初始位置：直流稳压电源打到±2V档，F/V表打到2V档，差动放大增益最大。实验步骤：（1）了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表各贴二片受力应变片。（2）将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（+）、负（

7、-）、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；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零，关闭主、副电源。 （3）根据图1接线。R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻；R4=Rx为应变片。将稳压电源的切换开关置±4V档，F/V表置20V档。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，等待数分分钟后将F/V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F/V表显示为零。 图 1 （4）在传感器上放上一只砝码，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。根据所得结果计算系统灵敏度S

8、=V/ W，并作出V-W关系曲线，V为电压变化率，W为相应的重量变化率。注意事项：（1）电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。（2）为确保实验过程中输出指示不溢出，可先将砝码加至最大重量，如指示溢出，适当减小差动放大增益，此时差动放大器不必重调零。（3）做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。（4）电位器W1、W2，在有的型号仪器中标为RD、RA。问 题：（1）本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？（2）根据所给的差动放大器电路原理图（见附表一），分析其工作原理，说明 它既能 作差动放大，又可作同相或反相放大器实验二 半导体扩散

9、硅压阻式压力传感器实验实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器的工作原理和工作情况。实验重点：扩散硅压阻式压力传感器的工作原理实验难点：扩散硅压阻式压力传感器的工作原理基本原理：扩散硅压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应制成的器件，也是应变元件，因它是用集成工艺技术在硅片上制造出4个X型的等值电阻组成的电路，用激光修正，温度补偿，所以线性好。当它受到压力作用时，应变元件的电阻发生变化，从而使输出电压变化。所需单元及部件：主、副电源、直流稳压电源、差动放大器、F/V显示表、压阻式传感器（差压）、压力表及加压配件。 旋钮初始位置：直流稳压电源±4V档，F/V表切换开关置于2V档，差放增益适

10、中或最大，主、副电源关闭。 实验步骤： （1）了解所需单元、部件、传感器的符号及在仪器上的位置。(见附录三） （2）如图2A将传感器及电路连好，注意接线正确，否则易损坏元器件，差放接成同相反相均可：图2A （3）如图2B接好传感器供压回路，传感器具有两个气咀、一个高压咀一个低压咀，当高压咀接入正压力时（相对于低压咀）输出为正，反之为负；图2B （4）将加压皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝拧松。 （5）开启主、副电源，调整差放零位旋钮，使电压表指示尽可能为零，记下此时电压表读数。 （6）拧紧皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝，轻按加压皮囊，注意不要用力太大，当压力表达到4Kpa左右时，记下电压表读数，然后每隔

11、这一刻度差，记下读数，并将数据填入下表： 根据所得的结果计算系统灵敏度S=V/P，并作出V-P关系曲线，找出线性区域。当作为压力计使用时，请进行标定。 标定方法：拧松皮囊上的锁紧螺丝，调差放调零旋钮使电压表的读数为零，拧紧锁紧螺丝，手压皮囊使压力达到所需的最大值40Kpa，调差动放大器的增益使电压表的指示与压力值的读数一致，这样重复操作零位、增益调试几次到满意为止。 注意事项： （1）如在实验中压力不稳定，应检查加压气体回路是否有漏气现象。气囊上单向调节阀的锁紧螺丝是否拧紧。 （2）如读数误差较大，应检查气管是否有折压现象，造成传感器的供气压力不均匀。 （3）如觉得差动放大器增益不理想，可调整

12、其“增益”旋钮，不过此时应重新调整零位。调好以后在整个实验过程中不得再改变其位置。 （4）实验完毕必须关闭主、副电源后再拆去实验连接线。（拆去实验连接线时要注意手要拿住连接线头部拉起，以免拉断实验连接线。） 问题： 差压传感器是否可用作真空度以及负压测试？实验三 霍尔式传感器的应用电子秤之四实验目的：了解霍尔式传感器的工作原理和在静态测量中的应用实验重点：霍尔式传感器的工作原理实验难点：霍尔式传感器在静态测量中的应用实验原理：霍尔式传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。当霍尔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

13、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。所需单元和部件：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、振动平台、主、副电源。有关旋钮的初始位置：直流稳压电源置±2V档，F/V表置2V档，主、副电源关闭，差动放大器增益调至最小位置。实验步骤：（1）开启主、副电源将差动放大器调零后，关闭主、副电源。（2）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。图 3（3）按图3接线，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F/V数字表显示为0。（4）在称重平台上放上砝码，填入下表：正行程：反行程：（5）在平面上放一个未知重量之物，记下

14、表头读数。根据实验结果作出V-W曲线，求得未知重量。注意事项：（1）此霍尔传感器的线性范围较小，所以砝码和重物不应太重。（2）砝码应置于平台的中间部分。实验四 光纤位移传感器静态实验实验目的：了解光纤位移传感器的原理结构、性能实验重点：光纤位移传感器的原理结构、性能实验难点：光纤位移传感器的原理结构、性能实验原理：反射式光纤位移传感器的工作原理如图4A所示，光纤采用Y型结构，两束多膜光纤一端合并组成光纤探头，另一端分为两束，分别作为光源光纤和接收光纤，光纤只起传输信号的作用，当光发射器发出的红外光，经光源光纤照射至反射面，被反射的光经接收光纤至光电转换器将接受到的光纤转换为电信号。其输出的光强

15、决定于反射体距光纤探头的距离：当光纤探头顶部紧贴被测件时，发射光纤中的光不能反射到接收光纤中去，因而光电元件中不能产生电信号；当被测表面逐渐远离光纤探头时，发射光纤照亮被测表面的面积越来越大，因而相应的发射光锥和接收光锥重合面积越来越大，因而接收光纤端面上被照亮的区域也越来越大，有一个线性增长的输出信号；当整个接收光纤端面被全部照亮时，输出信号就达到位移输出信号曲线上的“光峰点”；当被测表面继续远离时，由于被反射光照亮的面积大于接收光纤端面，即有部分反射光没有反射进接收光纤，但由于接收光纤更加远离被测表面，接收到的光强逐渐减小，光电与元件的输出信号逐渐减弱。通过对光强的检测而得到的位移量如图4A所示 ，图中“光峰点”左边曲线范围窄，但灵敏度高，线性好，适于测量微小位移和表面粗糙度等；图中“光峰点”右边曲线反映出信号的减弱与探头和被测表面之间的距离平方成反比。图4A所需单元及部件：主副电源、差动放大器、F/V表、光纤传感器、振动台。实验步骤： （1）观察光纤位移传感器结构，它由两束光纤混合后，组成Y形光纤，探头固定在Z型安装架上，外表为螺丝的端面为半圆分布的光纤探头。 （2）了解振动台在实验仪上的位置（实验仪台面上右边的圆盘，在振动台上贴有反射纸作为光的反射面。） （3）如图4B接线：因光/电转换器内部已按装好，所以可将电信号直接经差动放大器放大。F/V显示表