N03010503《传感与测试技术》实验指导书课案.docx
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N03010503《传感与测试技术》实验指导书课案
《传感与测试技术》
实验指导书
课程编码：
N03010503实验总学时：
8
适用专业：
探测制导与控制技术
机电工程学院
实验一压力传感器标定
1、实验目的
1、掌握压力传感器静态标定的方法；
2、确定压力传感器静态特性的参数。
2、实验所用单元
活塞式压力计、标准压力表、被标定的压力传感器。
3、实验原理
传感器的标定，就是通过实验建立传感器输入量和输出量之间的关系，同时也确定出不同使用条件下的误差关系。
压力传感器的静态标定，是指给定多个不同的压力点，获取相应的压力传感器的输出压力读数，并形成一条静态标定曲线。
标定曲线的直线段就是压力传感器的工作范围，直线段的斜率就是传感器的比例系数。
通过一系列的标定曲线可以得到其静态特性指标：
非线性、迟滞、重复性和精度等。
4、实验步骤
1、根据实验设备设计实验电路连线图，装配、检查各种仪器、传感器及压力表；
2、对待标定的压力传感器进行加载和卸载并记录数据到下表：
表1.1加载过程中数据记录
加载压力（MPa）
数据记录
表1.2卸载过程中数据记录
卸载压力（MPa）
数据记录
3、利用最小二乘法（y=ax+b），分析压力传感器的非线性、迟滞、重复性和精度；
4、绘制压力传感器的静态特性图。
5、实验报告
1、计算压力传感器的静态特性：
线性度、灵敏度、迟滞误差、零点漂移；
2、分析产生误差的原因。
实验二电阻应变片的粘贴技术
1、实验目的
1、掌握电阻应变片的粘贴技术。
2、掌握接线、检查等准备工作。
2、实验所用单位
电阻应变片、数字式万用表、502粘结剂、电烙铁、镊子、砂纸、测量导线等。
3、实验原理及电路
应变片的构造很简单。
把一条很细具有高电阻率的金属丝，在制片机上排绕后，用胶水粘在两片薄纸之间，再焊上较粗的引出线，就成了早期常用的丝绕式应变片。
应变片一般由敏感栅（即金属丝）、粘结剂、基底、引线及覆盖层五部分组成。
如将应变片固定在被测构件表面上，金属丝随构件一起变形，其电阻值也随之发生变化，而且，这电阻变化与构件应变有确定的线性关系。
应变片已有多种类型，若按敏感栅所用材料来分，有丝绕式应变片、箔式应变片和半导体应变片。
前两种的敏感栅是以金属丝或箔制成，可统称为金属式应变片，工作原理是基于金属丝的电阻应变效应；半导体应变片则是一类较新品种，具有一些独特的优点。
无论何类应变片，其构成不外基底、敏感栅和引线三大部分。
引线是从敏感栅到测量导线之间的过渡部分，用以将敏感栅接入测量电路。
基底用来保持敏感栅及其与引线接头部的几何形状，在应变片安装以后，由它将构件变形传递给敏感栅，并在金属构件与敏感栅之间起绝缘作用。
目前常见的电阻片有以下几种：
1、丝绕式 用电阻丝盘绕电阻片称为丝绕式电阻片（见图2.1和图2.2a），目前广泛使用的有半圆弯头平绕式，这种电阻片多用纸底和纸盖，价格低廉，适于实验室广泛使用，缺点是精度较差，横肉向效应系数较大。
1-覆盖层2-基座3-导线4-粘结剂5-敏感层
图2.1丝挠式应变片
2、短接式 这种电阻片的制作比较容易，在一排拉直的电阻丝之间，在预定的标距上用较粗的导线相间地造成短路，这种电阻片有用纸底的，也有用胶底的（见图2.2b）。
短路接式电阻片的优点是几何形状比容易于保证，而且横向效应系数近于零。
图2.2 电阻片结构
3、箔式电阻片 它是在合金箔（康铜箔或镍铬箔）的一面涂胶形成胶底，然后在箔面上用照相腐蚀成形法制成的（见图2.2c），所以几何形状和尺寸非常精密，而且由于电阻丝部分是平而薄的矩形截面，所以粘贴牢固，丝的散热性能好，横向效应系数也较低，和丝绕式应变片相比，箔式片有下列优点：
a.随着光刻技术的发展，箔式片能保证尺寸准确、线条均匀，故灵敏系数分散性小。
尤其突出的是能制成栅长很小（如0.2mm）或敏感栅图案特殊的应变片。
b.箔式片栅丝截面为矩形，故栅丝周表面积大，因而散热性好。
这样，在相同截面积下，允许通过的电流较丝绕式片的大（φ0.025mm的康铜比绕式应变片允许电流以约35Ma，箔式片可大几倍），使测量电路有输出较大信号的可能。
另外，表面积大使附着力增加，有利于变形传递，因而增加了测量的准确性。
c.箔式片敏感栅横向部分的线条宽度比纵向部分的大得多，因而单位长度的电阻（ζ），也小很多，使箔式片横向效应很小。
d.箔式片均为胶基，故绝缘性好，蠕变和机械滞后小，耐湿性好。
e.便于成批生产，生产率高。
由于箔式应变片有这些特点，故在常温的应变测量中将逐渐取代丝绕式应变片。
4、半导体电阻片 一个半导体电阻片，它的突出特点是灵敏系数比一般电阻片的要高五十倍以上，可达140。
它是利用半导体材料的压阻效应而制成的（见图2.3）。
由于灵敏系数高，能使输出信号大大增强，而且机械滞后极小，所以在火箭、导弹以及宇航等方面有很大的应用价值。
图2.3 半导体应变片
图2.4 应变花
5、应变花 两种常用的应变花即直角应变花和等角应变花（见图2.4），它们是在一个公用的纸底上重迭地粘贴三个彼此间相互绝缘的电阻丝。
当无这种成品时可以用三个单独的电阻片代替，如果被测试的对象尺寸较大时，可以不必重迭而是按需要的角度粘贴在一个很小的范围内即可。
4、实验步骤
1、设计布片方案；
2、选片：
首先检查应变片的外观，剔除敏感栅有形状缺陷，片内有气泡、霉斑、锈点的应变片，再用电桥测量应变片的电阻值，并进行阻值选配；
3、打磨：
选择的构件表面待测点需经打磨，打磨后表面应平整光滑，无锈点；
4、画线：
被测点精确地用钢针画好十字交叉线以便定位；
5、清洗：
用浸有丙酮的药棉清洗欲测部位表面，清除油垢灰尘，保持清洁干净；
6、粘贴：
将选好的应变片背面均匀地涂上一层粘结剂，胶层厚度要适中，然后将应变片的十字线对问候语构件欲测部位的十字交叉线，轻轻校正方向，然后盖上一张玻璃纸，用手指朝一个方向滚压应变片，挤出气泡和过量的胶水，保证胶层尽可能薄而均匀，再用同样的胶粘贴引线端子；
7、固化：
贴片后最好自然干燥几小时，必要时可以加热烘干；
8、检查：
包括上观检查和变应片电阻及绝缘电阻的测量；
9、固定导线：
将应变片的两根导线引出线焊在接线端子上，再将导线由接线端子引出；
10、对贴片构件进行测试；
11、整理好后写实验报告。
实验三电涡流传感器的位移测试
一、实验目的
1、了解电涡流传感器的基本结构；
2、掌握电涡流传感器的工作原理及性能。
二、实验所用单元
电涡流传感器、铁片、电涡流传感器转换电路板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。
3、实验原理及电路
通以高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，引起线圈的电感发生变化。
而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。
实验电路如图3.1所示，采用电容式三点式振荡器，用于产生高频电流，电流的大小与电感L2（即涡流感应头中的线圈）的大小有关，滤波后输出直流信号。
图3.1电涡流传感器实验原理图
4、实验步骤
1、将电涡流传感器装在位移台架上，并与转换电路板连接起来。
2、将测微器测杆与铁片连接在一起。
3、接通电源，适当调节测微器的高度，使铁片与涡流感应头刚刚接触，记下此时测微器读数和输出电压，并从此点开始向上移动贴片，将位移量X与输出电压Uo计入下表中。
建议每隔0.2mm读一次数值，共读取20组数据。
表3.1
X（mm）
Uo（V）
X（mm）
Uo（V）
五、实验报告
1、根据表3.1的数据，画出电涡流传感器的输入/输出特性曲线Uo=f（X），并求出拟合曲线的方程。
2、电涡流传感器的量程与那些因素有关？
实验四光电传感器的速度测试
一、实验目的
1、了解光电传感器的基本结构。
2、掌握光电传感器及其转换电路的工作原理。
二、实验所用单元
光电传感器、光电传感器转换电路板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。
三、实验原理及电路
1、光断续器原理如图4.1所示，一个开口的光耦合器，当开口处被遮住时，光敏三极管接收不到发光二极管的光信号，输出电压为0，否则有电压输出。
图4.1光断续器示意图
3、图4.2为测速装置示意图，其中微型电动机带动转盘在两个成90度的光断续器的开口中转动，转盘上一半为黑色，另一半透明，转动时，两个光断续器将输出不同相位的方波信号，这两个方波信号经过转换电路中的四个运放器，可输出相位差分别为0o、90o、180o、270o的方波信号，它们的频率都是相同的，其中任意一个方波信号均可输出至频率表显示频率。
方波信号经整形电路后可转换为电压信号进行显示。
原理图如图4.3所示。
4、
图4.2测速装置示意图
图4.3光电传感器实验原理图
3、微型电动机的转速可调，电路图如图4.4所示，调节电位器RP可输出0-12V的直流电压。
图4.4电机调速电路图
四、实验步骤
1、固定好位移台架，将光电式传感器置于位移台架上，将传感器上的A、B点与转换电路板上的A、B点相连；转换电路板上的0-12V输出接到传感器上；转换电路的输出Uout接到数字电压表上；0o输出端接至频率表。
2、接通电源，调节电位器RP使输出电压从最小逐渐增加到最大，观察数字电压表上显示的电压以及频率表上显示的频率的变化情况。
五、实验报告
怎样根据显示的频率换算出电动机的转速？
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