传感器与检测技术实验报告

传感器实验指南 1传感器与检测技术实验报告学 院专 业班 级学 号姓 名2 传感器实验指南实验目录实验一金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验… 3

电容式传感器的位移实验… 8直流激励时霍尔式传感器位移特性实验… 9磁电式转速传感器测速实验… 11压电式传感器测振动实验… 12计算修正法热电偶测温电路… 13传感器实验指南 3实验一金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂、半桥、全桥工作原理和性能比较。二、基本原理：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：ΔR／R＝Kε式中：ΔR／R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数,ε=ΔL/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U

=EKε/4；对于半桥不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非o1线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U＝EKε／2；对于全桥测量电路中，将受力O2＝R＝R＝R1 2 3 4值ΔR＝ΔR＝ΔR＝ΔR时，其桥路输出电压

＝KEε。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和1 2 3 4 03温度误差均得到改善。应变片电桥性能试验原理图如下图所示：2三、需用器件与单元：主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变式传感器实验模板、托盘、砝码、42

位数显万用表（自备。4 传感器实验指南图1 应变片单臂电桥性能实验安装、接线示意图四、实验步骤：单臂：应变传感器实验模板说明：R1、R2、R3、R454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。〔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4R1R2R4R1；右下角为R2R3；R4。当传感器托盘支点受压时，R1、R3，R2、R4350Ω，50Ω左右。〕安装接线。1(Vi)；调节放大器的增益电位器RW312V31RW1，200g砝码加完。4、计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）和非线性误差δ，δ=Δm/yFS

×100％式中Δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yFS

满量程输出平均值，此处为200g。实验完毕，关闭电源。半桥：传感器实验指南 52R2

应和R3

受力状态相反，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电2S＝U2／W，非线性误差δ。实验完毕，关闭电源。表2重量电压图2应变式传感器半桥接线图6 传感器实验指南全桥：33算。实验完毕，关闭电源。表3重量电压图3 全桥性能实验接线图传感器实验指南 7五、思考题：1、单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：答：正、负应变片均可以。2、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：答：邻边。3、桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：答：电桥测量原理上存在非线性4、测量中，当两组对边（R1、R3）RR1＝R3，R2＝R4，R1≠R2成全桥：答：可以5、根据试验所得的单臂、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（单臂、半桥、全桥的放大器增益必须相同。答：灵敏度：全桥是半桥的两倍，半桥是单臂的两倍；非线性度上:单臂>半桥>全桥.8 传感器实验指南

实验二电容式传感器的位移实验一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。二、基本原理：利用电容C＝εA／dεAd、测位移）液位（A）等多种电容传感器。本实验采用的传感器为圆筒式变面积差动结构的电容式位移传感器，如下图R；r；x，则电容量为C=ε2ｘ／ln(R／r)C1、C2XC=C1－C2=ε22X／ln(R／r)，式中ln(R／rCX量位移。三、需用器件与单元：主机箱、电容传感器、电容传感器实验模板、测微头。四、实验步骤：17的Ｖｉｎ)。2、将实验模板上的Rw调节到中间位置(方法：逆时针转到底再顺时传３圈)。3、将主机箱上的电压表量程(显示选择)开关打到２ｖ档，合上主机箱电源开关，旋转测微头改变电容传感器的动极板位置使电压表显示０ｖ)8实验起点值。以后，反方向每转动测微头1△Ｘ=０.５ｍｍ1666S=△V/△Ｘ和非线性误差δ围。实验完毕，关闭电源。图7 电容传感器位移实验安装、接线图传感器实验指南 96X(mm)V(mv)实验三直流激励时霍尔式传感器位移特性实验一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。二、基本原理：根据霍尔效应，霍尔电势U＝KIB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它的电势会发生变化，H H利用这一性质可以进行位移测量。三、需用器件与单元：主机箱、霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、测微头。四、实验步骤：18择)开关打到２ｖ档。

接主机箱电压表的Ｖｉｎ)，将主机箱上的电压表量程(显示选Ｏ１10 传感器实验指南2、检查接线无误后，开启电源，调节测微头使霍尔片处在两磁钢的中间位置，再调节R使数显表指示为W1零。图8 霍尔传感器(直流激励)位移实验接线示意图3、向某个方向调节测微头0.8ｍｍ位移，记录电压表读数作为实验起始点；再反方向调节测微头每增加0.1mm记下一个读数(共记录1.6ｍｍ位移)，将读数填入表7。表7X（mm）V(mv)作出V－X曲线，计算不同测量范围时的灵敏度和非线性误差。实验完毕，关闭电源。实验四磁电式转速传感器测速实验一、实验目的：了解磁电式测量转速的原理。二、基本原理：基于电磁感应原理，N

deN dt

发生变化，因此当转盘上嵌入N个磁棒时，每转一周线圈感应电势产生N次的变化，通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速。三、需用器件与单元：主机箱、磁电式传感器、转动源。四、实验步骤：传感器实验指南 11图9 磁电转速传感器实验安装、接线示意图192～3ｍｍ。22—24ｖ旋钮调到最小(逆时针方20ｖ9312Ｖ电枢电压)，观察电机转动及转速表的显示情况。42Ｖｖ—ｎ(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线。实验完毕，关闭电源。五、思考题：为什么磁电式转速传感器不能测很低速的转动，能说明理由吗？答：磁电式转速传感器是利用旋转体改变磁路，使磁通量发生变化，从而使其线圈产生感应电压，如果转速很慢，旋转体改变磁路也很慢，磁通量的变化也很慢，感应电压就会很小，就无法正确地测定转速。实验五压电式传感器测振动实验一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。三、需用器件与单元：主机箱、差动变压器实验模板、振动源、示波器。四、实验步骤：1、按图10箱中的低频振荡器，其它连线按图示意接线。12 传感器实验指南图10 压电传感器振动实验安装、接线示意图2、将低频震荡器幅度旋钮逆时针转到底（幅度为零度旋钮使振动台振动，观察低通滤波器输出的波形。3、用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端波形；在振动台正常振动时用手指敲击振动台同时观察输出波形变化。4、改变振动源的振荡频率(调节主机箱低频振荡器频率)，观察输出波形变化（5。实验完毕，关闭电源。实验六 计算修正法热电偶测温电路实验目的：重复性等几步才能完成。实验所需部件：传感器实验指南 13K分度热电偶，集成温度传感器LM134，稳压源MC1403，运放7650一片、741两片，温度计一支，面包板一块，万用表一块，电阻、电容若干。设计思路：1、计算电位器RW2的具体电阻值。2、分析各个电路模块的功能。3、分别计算两级放大电路的放大倍数。4、在面包板上塔接整个系统电路。5、对各个电路功能模块分别进行调试：6、对