传感器与检测技术实践Word格式.docx
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实验内容:
1、熟悉实验的操作过程。
2、应变电阻桥的接法;
3、了解应变式传感器的结构;
4、根据实验结果，确定出力的大小。
仪器与材料:
应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约20g）、数显表、?
15V电源、?
4V电源、万用表。
实验步骤:
实验
（一）:
单臂电桥
1、根据图
（1）,应变式传感器已装于应变传感器模板上。
传感器中各应变片已接入模板左上
方的R1、R2、R3、R4标志端。
加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350
Ω，加热丝阻值约为50Ω左右。
图1应变式传感器安装示意图
2、实验模板差动放大器调零，方法为:
?
接入模板电源?
15V（从主控箱引入），检查无误后
合上主控箱电源开关，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置，?
将差放的正、
负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端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），完毕关闭主控箱电源。
3、参考图
（2）接入传感器，将应变式传感器的其中一个应变片R1（即模板左上方的R1）
接入电桥作为一个桥臂，它与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7在模块内已连接好），接好电
桥调零电位器Rw1，接上桥路电源?
4V（从主控箱引入），检查接线无误后，合上主控箱电源开关，
先粗调节Rw1，再细调RW4使数显表显示为零。
图2应变式传感器单臂电桥实验接线图
4、在传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码并读取相应的数显表数
值，记下实验结果填入表
（1）。
实验
（二）:
半桥
1、接线时，R1、R2接实验模板左上方的应变片，注意R2应和R1受力状态相反，即桥路的邻边必须是传感器中两片受力方向相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片。
接入桥路电源?
4V，先粗调Rw1，再细调Rw4，使数显表指示为零。
注意保持增益不变。
2、将实验数据记入表
（1），计算灵敏度S=ΔV/ΔW，非线性误差δf2。
若实验时数值变化很小或不变化，说明R2与R1为受力状态相同的两片应变片，应更换其中一片应变片。
实验（三）:
全桥
将R1、R2、R3、R4应变片接成全桥，注意受力状态不要接错调节零位旋钮Rw1，并细调Rw4使电
压表指示为零，保持增益不变，逐一加上砝码。
将实验结果填入表1;
进行灵敏度和非线性误差计算。
表1输出电压与负载重量的关系
重量（g）20406080100120140160180200
电压（mv）3.36.810.313.817.320.624.127.630.834.3单臂
电压（mv）6.913.920.827.834.741.848.855.863.270.1半桥
电压（mv）110.124.138.13.927.741.755.569.483.397.2全桥689计算系统灵敏度S
S=?
V/?
W=（34.3-3.3）/9/20=0.172,,,,单
W=（70.1-6.9）/9/20=0.351,,,,半
W=（138.9-13.9）/9/20=0.694,,,,全
实验结论:
当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。
实验小结:
实验二:
差分变压器式传感器位移测量实验
1、掌握运用差分变压器构成小位移测量的结构和原理;
2、观察零点残余电压对传感器输出特性的影响;
3、了解差分变压器的交流输出特性和直流输出特性。
1、按电路图连接好电路;
2、根据实验步骤，测出位移量的大小;
3、分析交流输出特性和直流输出特性。
差动变压器、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、电压表、示波器、测微头。
1.差动变压器两个次级线圈组成差动状态，按图
（1）接线，音频振荡器LV端做为恒流源供电，差动放大器增益适度。
差动变压器的两个线圈和电桥上的两个固定电阻R组成电桥的四臂，电桥的作用是将电感变化转换成电桥电压输出。
2、旋动测微头使衔铁在线圈中位置居中，此时L′=L″，系统输出为零。
00
3、当衔铁上、下移动时，L′?
L″，电桥失衡就有输出，大小与衔铁位移量成比例，相位则与衔铁移动方向有00
0关，衔铁向上移动和向下移动时输出波形相位相差约180，由于电桥输出是一个调幅波，因此必须经过相敏检波器后才能判断电压极性，以衔铁位置居中为起点，分别向上、向下各位移2mm，记录V，X值，做出V—X曲线，求出灵敏度。
图
（1）
实验数据分析及结果:
位移mm0.000.250.500.751.001.251.501.752.00电压V0.005.766.126.426.717.317.458.008.78位移mm0.00-0.25-0.50-0.75-1.00-1.25-1.50-1.75-2.00电压V0.00-5.80-6.08-6.38-6.74-7.27-7.43-7.97-8.82
根据所得数据，制得X-U曲线图如下:
根据实验数据及X-U图可求得灵敏度:
S=?
U/?
X=0.00235
实验三:
电涡流式传感器位移和转速测量实验
1、了解电涡流式传感器的原理及工作特性;
2、掌握用电涡流式传感器测量振幅的原理和方法。
1、按电路图连接电路;
2、测量出振幅的大小;
3、分析传感器的工作特性。
电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、测微头、被测体（铁圆片）、频率转速表。
位移测量
1、观察传感器结构，这是一个平绕线圈。
测微头的读数与使用可参阅本实验附录;
根
据下图安装测微头、被测体、电涡流传感器并接线。
电涡流传感器安装、按线示意图
图中主机箱电压表接法:
实验模板Vo与其地线插口分别接主机箱V和其地线插口。
in
2、调节测微头使被测体与传感器端部接触，将电压表显示选择开关切换到20V档，检查接线无误后开启主机箱电源开关，记下电压表读数，然后每隔0.25mm读一个数，直到输出几乎不变为止。
将数据列下表。
实验测得数据如下表所示:
Xmm0.000.250.500.751.001.251.501.752.002.252.502.753.00UV0.000.891.201.471.762.042.292.542.772.983.183.383.40
根据所得数据分别绘制U-X曲线图如下图所示:
U-X曲线4U/V3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5X/mm
00.250.50.7511.251.51.7522.252.52.7533.25
根据曲线图求出灵敏度:
U,?
X=0.001
由U-X曲线图可知线性范围是:
0.30mm<
X<
2.75mm实验
（二）:
转速测量
1（如图1将电涡流传感器安装到传感器升降支架上，引出线接对应的涡流变换器，再接至频率转速表。
2（打开直流电源开关，调节0~24V可调电源来驱动转动源，可以观察到转动源转速的变化，待转速稳定后（稳定时间约1分钟），记录驱动电压对应的转速，也可用示波器观测磁电传感器输出的波形。
图1电涡流传感器安装图
驱动电压V（V）+7V+8V+10V+12V+14V+16V+18V+20V
转速n（rpm）11201360178520802435266028502960实验小结:
实验四:
电容式传感器位移测量实验
1、了解用电容传感器位移测量装置测定输出输入特性;
2、了解实验装置的结构，基本组成环节及工作状态;
3、掌握用千分尺对电容传感器位移测量装置的标定过程。
2、测量出位移的大小;
3、分析传感器的输入输出特性;
4、位移测量装置的标定。
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。
1、将电容传感器装于电容传感器实验模板上。
图1电容传感器位移实验接线图
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1电容式传感器位移与输出电压的关系
X（mm）88.28.48.68.899.29.49.69.810V（mv）34.330.52723.620.216.913.410.46.83.40.0X（mm）1211.811.611.411.21110.810.610.410.2V（mv）-30.7-27.7-24.8-21.6-18.5-15.6-12.4-9.4-6.2-3.1
5、根据表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。
实验五:
霍尔式传感器位移和转速测量实验
1、了解霍尔式传感器的结构、原理;
2、学会用霍尔式传感器进行位移和转速测量;
3、了解霍尔元件在交流信号激励下的特性。
2、测量出位移和转速的大小;
仪器和材料:
霍尔传感器实验模板、线性霍尔位移传感器、直流电,?
源?
4V、15,4、测微头、
数显单元、霍尔转速传感器、转动源（2000型）或转速测量控制仪（9000型）。
1、安装霍尔传感器。
霍尔传感器与实验模板的连接按图进行。
、?
为电源?
4,，?
为
输出,R1与?
之间联线可暂时不接。
2、开启电源，接入?
15V电源，将测微头旋至10mm处，左右移动测微头使霍
尔片处在磁钢中间位置，即数显表电压指示最小，拧紧测量架顶部的固定镙钉,接
入R1与?
之间的联线，调节RW2使数显电压表指示为零（数显表置2V档）。
3、旋转测微头，每转动0.2mm或0.5mm记下数字电压表读数，并将读数填入表5-1，将测微头回
到10mm处，反向旋转测微头，重复实验过程，填入表5-1。
表1:
霍尔式位移传感器位移量与输出电压的关系:
X（mm）9.29.49.69.81010.210.410.610.811V（mv）1186541-2-3-5-7
作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度S和非线性误差δ。
X=（11+7）/9/0.2=10mv/mm实验
（二）:
1、将霍尔转速传感器装于转动源的传感器调节支架上，探头对准转盘内的磁钢。
图2霍尔?
光电转速传感器安装示意图
2、主控箱上的+5V直流电源加于霍尔转速传感器的电源输入端，红（，）、绿（?
），不要接错。
3、将霍尔转速传感器输出端（黄线）插入数显单元fin端，转速/频率表置转速档。
4、主控台上的+2V—+24V可调直流电源接入转动电机的+2V—+24V输入插口（2000型）。
调节
电机转速电位器使转速变化，观察数显表指示的变化。
实验数据及结果:
霍尔转速传感器测速数据表格
电压（V）24.484.75.135.896.387.127.84转速（转/分）051556068584596011101260电压（V）8.369.329.9510.2810.911.3812.0112.3转速（转/分）13801585172517801890198520952145电压（V）12.7313.2613.8414.3414.9515.1315.7116.18转速（转/分）22102295237524502505256026252680电压（V）16.7717.2217.9518.4318.8219.3119.91转速（转/分）2740278028452880291029452970
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