传感器技术软件实验指导书共45页Word下载.docx
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1、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Uo1=EKε/4。
2、对半桥测量电路而言，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UO2＝EKε／2。
3、全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：
R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压U03＝KEε。
其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。
三、实验仪器及材料
1、应变式传感器实验模板（应变式传感器－电子秤）、砝码盘、砝码。
2、主控箱（数显表、±
15V电源、±
4V电源、电源地）。
四、实验步骤
1、打开实验台左下面的柜门，取出装有如图应变式传感器（电子秤）模板。
传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。
加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1＝R2＝R3＝R4＝350Ω，加热丝阻值为50Ω左右，应变式传感器安装示意图。
2、打开实验台右下面的抽屉，取出托盘和短圆柱形砝码
图1—1应变传感器安装图
3、关闭主控箱电源，按下面提示为实验模板连线（图1-2中电桥4臂电阻还没就位）。
1）入模板电源±
15V（从主控台引入），检查无误后，合上主控台电源开关，将实验模板调节增益电位器RW3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正负输入端与地短接，输出端与主控台面板上数显表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档）。
关闭主控箱电源（注意：
当Rw3、Rw4的位置一旦确定，就不能改变）。
2）将应变式传感器的4个电阻应变片（即模板左上方的R1R2R3R4）接入电桥，接好电桥调零电位器RW1，接上桥路电源±
4V（从主控台引入）如实验模版图所示。
检查接线无误后，打开主控台电源。
调节RW1，使数显表显示为零。
图1—2应变传感器接线图
4、电子称上放置一只砝码，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（或500g）砝码加完。
记下实验结果填入表1－1中（全桥）。
5、
（1）将应变式传感器的其中2个电阻应变片R1R2（即模板左上方的R1R2）接入电桥作为2个桥臂与R6、R7接成直流电桥（R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器RW1，接上桥路电源±
4V（从主控台引入）参照实验模版图。
检查接线无误后，合上主控台电源开关。
（2）电子称上放置一只砝码，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（或500g）砝码加完。
记下实验结果填入表1－1中（半桥）。
6、
（1）将应变式传感器的其中一个电阻应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器RW1，接上桥路电源±
记下实验结果填入表1－1（单臂电桥）。
五、实验数据处理与分析
1、按表1－1所记录的实验数据，在同一坐标系下绘制三种电路下的输入输出曲线。
表1－1全桥、半桥、单臂电桥输出电压与加负载重量值
重量
（g）
全桥电压
（mV）
半桥电压
单臂全桥电压（mV）
2、按表1-1数据，分别计算全桥、半桥、单臂三种电路下的系统灵敏度S、非线性误差δf1。
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δf1=Δm/yF..S×
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：
yF·
S满量程输出平均值，此处为200g（或500g）。
六、思考题
1、全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值相同时，即R1=R3，R2=R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥？
2、某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如何利用这两片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻？
3、桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为什么？
4、单臂电桥时，桥臂电阻应变片应选用：
（正）受拉应变片；
（负）受压应变片；
正、负应变片均可以吗？
成绩给定：
实验预习
操作过程
数据分析
思考题
综合成绩
教师签字：
实验二电容传感器特性实验
1.了解电容式传感器结构及其特点；
2.掌握差动电容传感器的工作原理。
二、实验内容及原理
利用平板电容C＝εA／d和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（ε变）测微小位移（变d）和测量液位（变A）等多种电容传感器。
1.电容传感器、测微头；
2.电容传感器实验模板、相敏检波、滤波模板；
3.数显单元、直流稳压源；
4.铜导线若干。
1．关闭主控箱电源，准备接线；
2．按安装示意图2-1将电容传感器装于电容传感器实验模板上，将电容传感器通过专用连接电缆与电容传感器实验模板插孔相连，利用普通导线连接数显单元和±
15V直流稳压源；
3．接通主控箱电源；
图2—1安装示意图
4．接法正确则测微头左右移动时，数显表有正、负输出。
不然得调换接头；
5．电位器RW调到最大；
6．调整测微头，使刻度指示在4mm左右；
7．调整测微头整体位置，使数显表在2V量程上接近0mV，（在±
200mV之间，）实现粗调，用定位螺丝轻轻固定住测微头，防止整体转动；
8．旋动测微头，使数显表在2V量程上接近0mV，（在±
5mV之间，）实现细调；
9．旋动测微头，使刻度指示减少1mm，确定当前位置-1mm，记录输出电压值；
10．旋动测微头推进电容器传感器动极板位置，每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表2－1。
1.分析、总结实验过程，利用实验数据绘制输出电压与位移的关系曲线。
表2－1电容传感器位移与输出电压值
位移（mm）
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.2
0.4
0.6
0.8
1
电压（mV）
2.根据表2－1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δf。
1．电容传感器实验模板上的L1、L2的作用是什么？
2．是否可以选用其它测量电路？
教师签字：
实验三电涡流传感器特性实验
1.了解电涡流传感器的工作原理和特性。
2.熟悉电涡流传感器的结构及在位移测量中的应用。
高频反射式电涡流传感器和金属测片（三种—铁片、铝片和铜片）安装于振动台上，如图3-1所式，将电涡流传感器的线圈通以高频电流，则激励线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，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。
图3—1电涡流传感器安装示意图
三、实验仪器
⒈实验平台、直流电源、数显单元、计算机及CSY-V8.0软件；
⒉电涡流传感器、振动台、测微头、铁圆片；
⒊电涡流传感器实验模板；
4．铜导线若干；
图3—2电涡流传感器位移实验接线图
1、关闭主控箱电源，观察传感器结构；
2、将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有L的两端插孔中，作为振荡器的一个元件，用连结导线从主控台接入15V直流电源接到模板上标有＋15V的插孔中；
3、将实验模板输出端Vo与与通信接口（A）相连（或将V0与数显单元输入端Vi相接，数显表量程切换开关选择电压20V档）；
4、开启主控箱电源开关；
5、使测微头与传感器线圈端部接触，点击开始按扭，出现静态测量值，改变测微头位置，每0.2mm点击下一步，测量8mm的数据；
6、由数显单元读取电压值，在中记录数据。
1、分析、总结实验过程，利用表3-1中实验数据，绘制输入输出曲线。
表3—1
V（mV）
2.采用端基法或最小二乘法，分析3mm线性区域的灵敏度和线性度。
1、请举电涡流传感器应用的例子；
2、总结电涡流传感器的特点；
改变被测金属片对测量结果的影响。
3、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量±
5mm的量程应如何设计传感器？
实验四压电式传感器特性实验
1.了解压电式传感器的原理、压电加速度传感器的构成及应用。
2.熟悉和掌握压电传感器的测量振动的原理和方法。
二、实验原理
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。
压电式传感器测量振动系统由低频振荡源、压电传感器、电荷放大器、同相放大器和低通滤波器组成。
⒈实验平台；
⒉压电传感器，振动台；
⒊压电式传感器实验模板；
⒋检波、移相、低通滤波器模板；
⒌铜导线若干；
2．压电传感器已装在振动台面上；
3．将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔；
4．将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，见图4－1，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。
将压电传感器实验模板电路输出端Vo1，接R6。
将压电传感器实验模板电路输出端V02，接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出V0与通信接口（A）相连，同时将低通滤波器输入与通信接口（B）相连；
5．合上主控
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