传感器与检测技术技术实验报告Word下载.docx
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实验二：
电阻应变式传感器实验
一．实验目的
1、熟悉电阻应变式传感器在位移测量中的应用。
2、比较半导体应变式传感器和金属电阻应变式传感器的灵敏度。
3、通过实验熟悉和了解电阻应变式传感器测量电路的组成及工作原理。
4、比较单臂电桥、双臂电桥和双差动全桥式电阻应变式传感器的灵敏度。
二．实验内容
1、半导体应变式传感器位移测量电路。
2、单臂电桥、双臂电桥和双差动全桥组成的位移测量电路。
三．实验步骤
1、调零。
开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“＋、－”输入端用实验线对地短路。
输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。
调零后电位器位置不要变化。
如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居“零”位。
拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。
调零后关闭仪器电源。
2、按图
（1）将实验部件用实验线连接成测试桥路。
桥路中R1、R2、R3、和WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。
直流激励电源为±
4V。
图
（1）
测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。
3、接线无误后开启仪器电源，预热数分钟。
调整电桥WD电位器，使测试系统输出为零。
（1）旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以悬臂梁水平状态下电路输出电压为零起点，向上和向下移动各6mm，测微头每移动1mm记录一个差动放大器输出电压值，并列表。
（2）计算各种情况下测量电路的灵敏度S。
S＝△U／△x
表1金属箔式电阻式应变片单臂电桥
位移x（mm）
-6
-5
-4
-3
-2
-1
1
2
3
4
5
6
输出U0（mV）
120
85
54
30
-34
-74
-108
-147
-184
-235
平均灵敏度S（mV/mm）
35.5
表2金属箔式电阻式应变片双臂电桥
236
180
123
59
-53
-163
-222
-282
-339
57.5
表3半导体应变片双臂电桥
5580
4050
2610
1290
10
-980
-2370
-3770
-5300
-6810
-8360
1394
实验三：
电容式传感器的位移实验
一、实验目的：
了解电容式传感器的结构及其特点。
二、基本原理：
利用平板电容C=εA/d的关系,在ε（介电常数）、A（极板面积）、d（极板距离）三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，就可使电容的容量（C）发生变化，通过相应的测量电路，将电容的变化量转换成相应的电压量,则可以制成多种电容传感器，如：
①变ε的湿度电容传感器。
②变d的电容式压力传感器。
③变A的电容式位移传感器。
本实验采用第③种电容传感器,是一种圆筒形差动变面积式电容传感器。
图4-1电容传感器位移实验接线图
三、器件与单元：
电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、移相/相敏检波/滤波模板、数显单元、直流稳压电源。
四、实验步骤：
1、按图3-1将电容传感器装于电容传感器实验模板上。
2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图4-1。
3、将电容传感器实验模板的输出端V01与数显电压表Vi相接，电压表量程置2V档，Rw调节到中间位置。
4、接入±
15V电源，将测微头旋至10mm处，活动杆与传感器相吸合，调整测微头的左右位置，使电压表指示最小，并将测量支架顶部的镙钉拧紧，旋动测微头，每间隔0.2mm记下输出电压值（V），填入表4-1。
将测微头回到10mm处，反向旋动测微头，重复实验过程。
表4-1电容式传感器位移与输出电压的关系
X（mm）
8
8.2
8.4
8.6
8.8
9
9.2
9.4
9.6
9.8
V（mv）
34.3
30.5
27
23.6
20.2
16.9
13.4
10.4
6.8
3.4
0.0
12
11.8
11.6
11.4
11.2
11
10.8
10.6
10.2
-30.7
-27.7
-24.8
-21.6
-18.5
-15.6
-12.4
-9.4
-6.2
-3.1
5、根据表4-1数据计算电容传感器的灵敏度S和非线性误差δf，分析误差来源。
灵敏度S=△v/△x=（34.3+3.1）/19/0.2=9.84mv/mm
误差来源：
（1）原理上存在非线性误差。
（2）电容式传感器产生的效应是非线性的。
（3）零点偏移。
五、思考题：
试设计一个利用ε的变化测谷物湿度的电容传感器，能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？
答：
（1）图所示电容式谷物传感器，用来测量谷物湿度。
由于谷物摩擦力较大，容易滞留，故一般不采用双层电极，而用电极棒和容器壁组成电容传感器两极。
（2）谷物湿度的变化会引起介电常数ε变化，电容变化和介电常数ε变化的关系：
△C=2π△εA/δ（A和δ已知）
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