传感器实验指导书修改版概要.docx

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传感器实验指导书修改版概要

《传感器原理》实验

指

导

书

电子信息学院传感器原理课程组编

2010.2

目录

第一章概述………………………………………………………………………………2

第二章实验要求及注意事项……………………………………………………………3

实验1应变片：

单臂、半桥、全桥比较…………………………………………4

实验2金属箔式应变片—交流全桥………………………………………………6

实验3交流全桥的应用—振幅测量………………………………………………8

实验4交流全桥的应用—电子称之一……………………………………………9

实验5差动变压器（互感式）的性能及应用………………………………………10

实验6差动变压器（互感式）的标定（静态位移特性）………………………………13

实验7差动变压器（互感式）的应用——电子秤之二…………………………………14

实验8差动螺管式电感传感器特性…………………………………………………15

实验9电涡流式传感器的静态标定………………………………………………16

实验10被测体材料对电涡流传感器特性的影响……………………………17

实验11电涡流式传感器的应用－振幅测量………………………………………18

实验12电涡流传感器的应用—电子秤之三………………………………………19

实验13霍尔式传感器的特性—直流激励……………………………………20

实验14霍尔传感器的应用—电子秤之四…………………………………………22

实验15压电传感器的动态响应实验………………………………………………23

实验16压电传感器引线电容对电压放大器的影响、电荷放大器………………24

实验17差动面积式电容传感器的静态及动态特性………………………………26

实验18热电偶的原理及现象………………………………………………………28

实验19热敏式温度传感器……………………………………………………30

实验20热敏电阻测温实验……………………………………………………31

实验21光电传感器（反射型）测转速实验………………………………………32

实验22智能传感器特性实验…………………………………………………………35

附录产品说明书…………………………………………………………………………38

第一章概述

传感器是机电一体化中各种设备和装置的“感觉器官”，它将各种各样形态各异的信息量转换成能够被直接检测的信号。

在当今信息社会的时代，如果没有传感器，现代科学技术将无法发展。

传感器在机电一体化系统乃至整个现代科学技术领域占有极其重要的地位。

为了适应这一时代发展的需要，全国各大中专院校及各类职业技术学校都相继将传感器教学纳入教学任务，作为电子、电器、测控以及工业自动化类专业的一门必修课。

实验的目的是使学生了解一些电气设备和各种非电量电测传感元件，理解一定的非电量电测技术，学会使用常用的测量仪器仪表，掌握基本的非电量电测方法。

要求学生通过实际操作，培养独立思考、独立分析和独立实验的能力，并通过实验加深对理论内容的理解。

该实验指导书适用于测控技术与仪器、电子信息、自动化等其他相关专业。

本指导书由传感器原理课程组编写，可能存在缺点与不足，希望使用指导书的教师与同学积极提出批评与建议，在此表示感谢。

第二章实验要求及注意事项

一、实验要求

1、实验前必须认真阅读实验指导书，预习与本实验内容相关的理论知识，明确实验目的、原理、步骤，写出实验预习报告。

2、进入实验室后应保持安静，不得高声喧哗和打闹，不准抽烟，不准随地吐啖，不准乱抛纸屑杂物，要保持实验室和仪器设备的整齐清洁。

3、实验中必须严格遵守实验室的规章制度和仪器设备，听从实验指导老师安排，充分发挥自己的主观能动性，独立进行实验，严禁抄袭。

4、爱护仪器设备，节约使用材料；实验完毕要整理就位，发现丢失或损坏应立即报告。

不准将任何物品带出室外。

5、必须注意安全，防止人身和设备事故的发生。

若遇到事故或发生异常现象应立即切断电源，及时向指导教师报告，并保持现场，不得自行处置。

待指导教师查明原因排除故障后，方可继续实验。

实验后对实验数据、程序进行充分理解分析，按要求写出实验报告。

6、实验完毕，实验结果须经指导教师审阅无误后方可拆线。

经实验室工作人员检查仪器设备、工具、材料后，并清理完本实验台及地面卫生方可离开。

7、实验后要认真完成实验报告,包括分析结果,处理数据,绘制曲线及图表等。

二、注意事项

凡属下列情况之一者，不准进行实验：

1没有按要求完成预习报告者；

2实验开始迟到十分钟以上者；

3遵守实验规程，不爱护仪器设备又不听批评教育者。

实验1金属箔式应变片：

单臂、半桥、全桥比较

一、实验目的：

1．观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。

2．测试应变梁变形的应变输出。

3．测试单臂桥、差分桥的输出，并比较两种桥路间的输出关系。

二、实验性质：

综合性

三、实验原理

本实验说明箔式应变片及单臂、半桥、全桥直流电桥的原理和工作情况。

应变片是最常用的测力元件。

当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件（本实验中的悬臂梁）受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。

通过测量电路，转换成电信号输出显示。

电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为ΔR1/R1、ΔR2/R2、ΔR3/R3、ΔR4/R4，当使用一个应变片时，其电阻变化率为ΔR/R；当二个应变片组成差动状态工作时，则电阻变化率为2ΔR/R；用四个应变片组成二个差动对工作，且有R1=R2=R3=R4=R，其电阻变化率为4ΔR/R。

由此可见，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。

四、所需单元和部件：

CSY传感器实验仪、直流稳压电源、差动放大器、电桥、F／V表、测微头、双平行梁、应变片、主副电源、箔式应变片阻值：

350Ω，应变系数：

2。

五、有关旋钮的初始位置：

直流稳压电源打到±2V档，F／V表打到2V档，差动放大器增益打到最大。

六、实验步骤：

1.将差动放大器调零：

用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。

将差动放大器的输出端与F／V表的输入插口Vi相连；开启主副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F／V表显示为零；关闭主副电源。

2．根据图１接线，R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。

R4为应变片，r及W1为调平衡网络。

调节测微头脱离双平行梁，开启主副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F／V表显示为零。

图１

4.调整测微头使双平行梁处于水平位置（目测），旋转测微头，使梁分别向上和向下移动，每隔0.5mm读一个数，将测得数值填入下表，测量点数不少于10。

然后关闭主副电源：

位移X（mm）

……

电压V（mv）

……

5.保持放大器增益不变，将R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一应变片,即取二片受力方向不同应变片，形成半桥。

调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使F／V表显示表显示为零，重复4过程,同样测得读数，填入下表：

位移X（mm）

……

电压V（mv）

……

6.保持差动放大器增益不变，将R1，R2两个固定电阻换成另两片受力应变片，组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反即可，否则相互抵消，没有输出。

接成一个直流全桥，调节测微头使梁到水平位置，调节电桥W1同样使F／V表显示零。

重复4过程，将读出数据填入下表：

位移X（mm）

……

电压V（mv）

……

7.在同一坐标纸上描出V-X曲线，比较三种接法的灵敏度。

七、注意事项：

1.在更换应变片时应将电源关闭。

2.在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。

3.在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。

4.直流稳压电源不能打的过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。

5.接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。

八、实验报告要求及思考题：

1.在同一坐标纸上描出V-X曲线，比较三种接法的灵敏度。

2.选择合适比例，绘出单臂电桥的输出电压U0与其所对应的梁端位移x之间的关系曲线，计算出灵敏度。

3.在测量数据时，测微头向上和向下移动时，电路的输出有何不同？

输入输出关系曲线是否重合？

为什么？

。

实验2金属箔式应变片―交流全桥

一、实验目的：

1．交流供电的不平衡电桥的工作原理和工作情况。

2．了解交流供电的四臂电桥的原理和工作情况。

二、实验性质：

验证性

三、实验原理

图2为交流全桥的一般形式。

当电桥平衡时，Z1Z4=Z2Z3，电桥输出为零。

若桥臂阻抗相对变化为∆Z1/Z1、∆Z2/Z2、∆Z3Z3、∆Z4/Z4，则电桥的输出与桥臂阻抗的相对变化。

交流电桥工作时增大相角差可以提高灵敏度，传感器最好是纯电阻性或纯电抗性的。

交流电桥只有在满足输出电压的实部和虚部均为零的条件下才会平衡。

四、所需单元及部件：

音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、F／V表、双平行梁、应变片、测微头、主副电源、示波器。

五、有关旋钮的初始位置：

音频振荡器５KHz，幅度关至最小，F／V表打到20V档，差动放大器增益旋至最大。

六、实验步骤：

1.差动放大器调整为零：

将差动放大器（＋）、（－）输入端与地短接，输出端与F/V表输入端Vi相连，开启主、副电源后调差放的调零旋钮使F/V表显示为零，再将F/V表切换开关置2V档，再细调差放调零旋钮使F/V表显示为零，然后关闭主、副电源。

2.按图2接线，图中R1、R2、R3、R4为应变片；W1、W2、C、r为交流电桥调节平衡网络，电桥交流激励源必须从音频振荡器的LV输出口引入。

图2

3.用手按住振动梁（双平行梁）的自由端。

旋转测微头使测微头脱离振动梁自由端并远离。

将F/V表的切换开关置20V档，示波器X轴扫描时间切换到0.1-0.5ms（以合适为宜），Y轴CH1或CH2切换开关置5V/div，音频振荡器的频率旋钮置5KHz，幅度旋钮置1/4幅度。

开启主、副电源，调节电桥网络中的W1和W2，使F/V表和示波器显示最小，再把F/V表和示波器Y轴的切换开关分别置2V档和50mv/div，细调W1１和W2及差动放大器调零旋钮，使F/V表的显示值最小，示波器的波形大致为一条水平线（F/V表显示值与示波器图形不完全相符时二者兼顾即可）。

再用手按住梁的自由端产生一个大位移。

调节移相器的移相旋钮，使示波器显示全波检波的图形。

放手后，梁复原，示波器图形基本成一条直线。

4.在双平行梁的自由端装上测微头，旋转测微头使F/V表显示为零，以后每转动测微头一周即0.5mm，F/V表显示值记录下表：

位移X（mm）

…

电压V（mv）

…

5.实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮置初始位置。

七、实验报告要求及思考题：

根据所得数据，作出V－X曲线，找出线性范围，计算灵敏度S＝ΔV／ΔX，并与以前直流全桥实验结果相比较。

实验3交流全桥的应用―振幅测量

一、实验目的：

了解交流激励的金属箔式应变片电桥的应用。

二、实验性质：

验证性

三、实验原理：

当梁受到不同的频率信号