传感器实验指导

1、实验一金属箔式应变片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、实验仪器双杆式悬臂梁应变传感器、托盘、砝码、数显电压表、±5V电源、差动放大器、电压放大器、万用表（自备）三、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 （1-1）式中 为电阻丝电阻相对变化；为应变灵敏系数；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组件。如图1-1所示，将四个金属箔应变片（R1、R2、R3、R4）分别贴在双杆式悬臂梁弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随悬

2、臂梁形变被拉伸或被压缩。图1-1 双杆式悬臂梁称重传感器结构图通过这些应变片转换悬臂梁被测部位受力状态变化，可将应变片串联或并联组成电桥。电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示R6=R7=R8=R为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压 （1-2）为电桥电源电压；式1-2表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=。图1-2 单臂电桥面板接线图四、实验内容与步骤1悬臂梁上的各应变片已分别接到调理电路面板左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350。2按图1-2只接好“差动放大器”和“电压放大器”部分，将“差动放大器”的输入端短接并与

3、地相连，“电压放大器”输出端接数显电压表（选择200mV档），开启直流电源开关。将“差动放大器”增益电位器与“电压放大器”增益电位器调至最大位置（顺时针最右边），调节调零电位器使电压表显示为0V。关闭直流开关电源。（两个增益调节的位置确定后不能改动）3按图1-2接好所有连线，将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R6、R7、R8构成一个单臂直流电桥。电桥输出接到“差动放大器”的输入端，电压放大器的输出接数显电压表。预热五分钟。4加托盘后调节Rw2使电压表显示为零（采用200mV档）。5在应变传感器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砝

4、码加完，记录实验数据填入表1-1。表1-1重量(g)电压(mV)6实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告1根据实验所得数据计算系统灵敏度SU/W（U输出电压变化量，W重量变化量）；2计算单臂电桥的非线性误差f1=m/yF.S ×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；yF·S为满量程（200g）输出平均值。六、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大（称重传感器量程为0.5kg），以免造成应变传感器的损坏！实验二金属箔式应变片半桥性能实验一、实验目的比较半桥与单臂电桥的不同性能

5、、了解其特点。二、实验仪器同实验一三、实验原理不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图2-1。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为 （2-1）式中 为电阻丝电阻相对变化；为应变灵敏系数；为电阻丝长度相对变化；为电桥电源电压。式2-1表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。图2-1 半桥面板接线图四、实验内容与步骤1应变传感器已安装在悬臂梁上，可参考图1-1。2按图2-1接好“差动放大器”和“电压放大器电路”。“差动放大器”调零，参考实验一步骤2。3按图2-1接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边。4加托

6、盘后电桥调零，参考实验一步骤4。5在应变传感器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砝码加完，记下实验结果，填入表2-1。表2-1重量(g)电压(mV)6实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告根据所得实验数据，计算灵敏度S=U/W和半桥的非线性误差f2。六、思考题引起半桥测量时非线性误差的原因是什么？七、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大（称重传感器量程为0.5kg），以免造成应变传感器的损坏！实验三金属箔式应变片全桥性能实验一、实验目的了解全桥测量电路的优点。二、实验仪器

7、同实验一三、实验原理全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出Uo= （3-1）式中为电桥电源电压。为电阻丝电阻相对变化；式3-1表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。图3-1 全桥面板接线图四、实验内容与步骤1 应变传感器已安装在悬臂梁上，R1、R2、R3、R4均为应变片，可参考图1-1。2 差动放大器调零，参考实验一步骤2。3 按图3-1接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两对应变片分别接入电桥的邻边。4 加托盘后电桥调零，参考实验一步骤4。 5 在应变传感器托盘上放置

8、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砝码加完，记下实验结果，填入下表。重量(g)电压(mV)6 实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告根据实验数据，计算灵敏度S=U/W和全桥的非线性误差f3。六、思考题全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1R3，R2R4，而R1R2时，是否可以组成全桥？七、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大（称重传感器量程为0.5kg），以免造成应变传感器的损坏！实验四直流全桥的应用电子称实验一、实验目的了解直流全桥的应用及电路的定标。二

9、、实验仪器同实验一三、实验原理电子称实验原理同实验三的全桥测量原理，通过调节放大电路对电桥输出电压的放大倍数，使电路输出电压值为重量的对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成一台比较原始的电子称。四、实验内容与步骤1 按实验三的步骤1、2、3接好线并将“电压放大器”调零。2 将10只砝码置于传感器的托盘上，调节“差动放大器”与“电压放大器”的增益调节电位器，使数显电压表显示为0.200V（2V档测量）。3 拿掉托盘上所有砝码，观察数显电压表是否显示为0.000V，若不为零，再次将“电压放大器”调零和加托盘后电桥调零。4 重复2、3步骤，直到精确为止，把电压量纲V改为重量量纲g即可以称重。5

10、 将砝码依次放到托盘上并读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入下表。6 拿掉砝码，托盘上加一个未知的重物（不要超过0.5kg），记录电压表的读数。根据实验数据，求出重物的重量。重量(g)电压(V)7 实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告根据实验记录的数据，计算电子称的灵敏度S=U/W，非线性误差f4。六、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大（称重传感器量程为0.5kg），以免造成应变传感器的损坏！实验十五电容式传感器的位移特性实验一、实验目的了解电容传感器的结构及特点。二、实验仪器电容传感器、电

11、容变换器、测微头、数显直流电压表、直流稳压电源、绝缘护套三、实验原理电容式传感器是指能将被测物理量的变化转换为电容量变化的一种传感器它实质上是具有一个可变参数的电容器。利用平板电容器原理： （15-1）式中，S为极板面积，d为极板间距离，0为真空介电常数，r为介质相对介电常数，由此可以看出当被测物理量使S、d或r发生变化时，电容量C随之发生改变，如果保持其中两个参数不变而仅改变另一参数，就可以将该参数的变化单值地转换为电容量的变化。所以电容传感器可以分为三种类型：改变极间距离的变间隙式，改变极板面积的变面积式和改变介电常数的变介电常数式。这里采用变面积式，如图15-1，两只平板电容器共享一个下极板，当下极板随被测物体移动时，两只电容器上下极板的有效面积一只增大，一只减小，将三个极板用导线引出，形成差动电容输出。通过处理电路将电容的变化转换成电压变化，进行测量。图15-1电容传感器内部结构示意图四、实验内容与步骤1 按图15-2安装好电容传感器，并将电容传感器引出线与“电容插座”相连接。图15-2 电容传感器安装示意图图15-3 电容传感器接线图2 将底面板上“电容传感器”与“电容变换器”相连，“电容变换器”的输出接到数显直流电压表。（注：此处应选用三根相同长度的实验导线）3 打开直流电源开