传感器实验报告Word格式.docx
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3、参考图（1-2）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1-2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（1-1）。
重量（g）
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压（mv）
3.3
6.8
10.3
13.8
17.3
20.6
24.1
27.6
30.8
34.3
5、根据表（1-1）计算系统灵敏度S：
S=ΔV/ΔW（ΔV为输出电压平均变化量；
ΔW重量
变化量），计算非线性误差：
δf1=Δm/yF·
S×
100%，式中Δm为输出电压值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大电压偏差量：
yF·
S为满量程时电压输出平均值。
计算系统灵敏度S
S=△V/△W=（34.3-3.3）/9/20=0.172ｍｖ／ｇ
五、思考题：
单臂电桥时，作为桥臂的电阻应变片应选用：
（1）正（受拉）应变片
（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。
答：
（1）正（受拉）应变片
实验二金属箔式应变片半桥性能实验
比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点。
不同受力方向的两片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。
当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U02=EK/ε2，比单臂电桥灵敏度提高一倍。
三、需用器件与单元：
同实验一。
四、实验步骤：
1、保持实验
（一）的各旋钮位置不变。
2、根据图1-3接线，R1、R2为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。
3、同实验一（4）步骤，将实验数据记入表
（1）-2，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。
图1-3应变式传感器半桥实验接线图
表1-2，半桥测量时，输出电压与负载重量的关系
6.9
13.9
20.8
27.8
34.7
41.8
48.8
55.8
63.2
70.1
1、半桥侧量时两片不同受力状态的电阻应变片在接入电桥时，应放在：
（1）对边？
（2）邻边的位置？
（2）邻边
2、桥路测量时存在非线性误差，是因为：
（1）电桥测量原理上存在非线性误差？
（2）应变片应变效应是非线性的？
（3）零点偏移？
测量时存在非线性误差，是因为电桥测量原理上存在非线性误，应变片应变
效应是非线性的，零点偏移共同造成的。
实验三金属箔式应变片全桥性能实验
了解全桥测量电路的优点。
全桥测量电路中，将受力状态相同的两片应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，应变片初始阻值是R1=R2=R3=R4，当其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时，桥路输出电压U03=KEε，比半桥灵敏度又提高了一倍，非线性误差进一步得到改善。
三、需用器件和单元：
1、保持实验
（二）的各旋钮位置不变。
。
2、根据图1-4接线，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1-3；
进行灵敏度和非线性误差计算。
图1-4全桥性能实验接线图
1-3，全桥测量时,输出电压与负载重量的关系
27.7
41.7
55.5
69.4
83.3
97.2
110.6
124.8
138.9
1、全桥测量中，当两组对边（R1、R3）电阻值相同时，即R1=R3,R2=R4,而R1≠R2时，是否可以组成全桥：
（1）可以,
（2）不可以。
（1）可以
2、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，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。
图1-5应变式传感器受拉时传感器圆平面展开图
答：
第一幅图不能组成电桥，第二幅可以组成双臂电桥。
第一幅图应变片都没顺着力的方向摆放，所以力对应变片产生形变不大，电阻改变不大，相当于4个恒定电阻。
第二幅图R3和R4顺着力的方向，力对其形变改变较大，可当作应变计，而R2和R1可当做恒定电阻，组成双臂桥。
实验四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。
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。
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
10
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。
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？
（1）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）
（2）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。
实验五直流激励时接触式霍尔位移传感器特性实验
（注：
如您的霍尔位移传感器无活动杆，即为非接触式，请按最后附录实验进行）
一、实验目的：
了解霍尔式位移传感器原理与应用。
根据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，保持KH、I不变，若霍尔元件在梯度磁场B中运动，且B是线性均匀变化的，则霍尔电势UH也将线性均匀变化，这样就可以进行位移测量。
三、需用器件与单元：
霍尔传感器实验模板、线性霍尔位移传感器、直流电,±
源±
4V、15Ｖ4、测微头、数显单元。
1、将霍尔传感器按图5-1安装。
霍尔传感器与实验模板的连接按图5-2进行。
①、③为电源±
4Ｖ，②、④为输出,R1与④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④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5-1：
霍尔式位移传感器位移量与输出电压的关系：
6
5
4
1
-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。
灵敏度S=△V/△X=（11+7）/9/0.2=10mv/mm
本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？
霍尔电势UH=KHIB，B是线性均匀变化的，则霍尔电势UH也将线性均匀变化。
故本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的磁场强度B的变化。
实验六霍尔转速传感器测速实验
了解霍尔转速传感器的应用。
二、基本原理：
根据霍尔效应表达式：
UH=KHIB,当KHI不变时,在转速圆盘上装上Ｎ只磁性体，并在磁钢上方安装一霍尔元件。
圆盘每转一周经过霍尔元件表面的磁场B从无到有就变化N次，霍尔电势也相应变化N次，此电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转体的转速。
霍尔转速传感器、转动源（2000型）或转速测量控制仪（9000型）。
1、据图5-4，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5-4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。
五、实验数据及结果：
霍尔转速传感器测速数据表格
电压（V）
2
4.48
4.7
5.13
5.89
6.38
7.12
7.84
转速（转/分）
515
560
685
845
960
1110
1260
8.36
9.32
9.95
10.28
10.9
11.38
12.01
12.3
1380
1585
1725
1780
1890
1985
2095
2145
12.73
13.26
13.84
14.34
14.95
15.13
15.71
16.18
2210
2295
2375
2450
2505
2560
2625
2680
16.77
17.22
17.95
18.43
18.82
19.31
19.91
2740
2780
2845
2880
2910
2945
2970
六、思考题：
1、利用霍尔元件测转速，在测量上是否有限制？
必须要有钢磁产生磁场B。
2、本实验装置上用了十二只磁钢，能否只用一只磁钢。
会大大降低灵敏度。
十二只钢磁产生十二个信号，丢失一个对记录影响不大，如果用一只钢磁，丢失一个就会少记录一圈。
实验七热电偶测温性能实验
了解热电偶测量温度的原理与应用。
二、基本原理：
将两种不同的金属丝组成回路，如果二种金属丝的两个接点有温度差，在回路内就会产生热电势，这就是热电效应，热电偶就是利用这一原理制成的一种温差测量传感器，置于被测温度场的接点称为工作端，另一接点称为冷端（也称自由端），冷端可以是室温值也可以是经过补偿后的0℃、25℃的模拟温度场。
三、器件与单元：
K型、E型热电偶、温度源、温度控制仪表、数显单元（2000型）或温度控制测量仪（9000型）。
1、热电偶插到温度源两个传感器插孔中任意一个插孔中，（K型、E型已装在一个护套内），K型热电偶的自由端接到主控箱面板上温控部分的Ek端，用它作为标准传感器，配合温控仪表用于设定温度，注意识别引线标记，K型、E型及正极、负极不要接错。
2、E型热电偶的自由端接入温度传感器实验模板上标有热电偶符号的a、b孔上，作为被测传感器用于实验，按图11-1接线，热电偶自由端连线中带红色套管或红色斜线的一条为正端,接入“a”点。
图11-1热电阻（偶）测温特性实验
3、R5、R6端接地，RW2大约置中，打开主控箱电源开关，将V02端与主控箱上
数显电压表Vi端相接，调节Rw3使数显表显示零（电压表置200mv档），打开主控箱上温仪控开关，设定仪表控制温度值T=50℃，将温度源的两芯电源线插入主控箱温控部分的220V输出插座中。
4、掉R5、R6接地线，将a、b端与放大器R5、R6相接，观察温控仪指示的温度值，当温度稳定在50℃时，记录下电压表读数值。
5、重新设定温度值为50℃+n·
Δt，建议Δt=5℃，n=1……10，每隔1n读出数显电压表指示值与温控仪指示的温度值，并填入表11-1。
表11-1：
T（℃）
18
21
22
23
24
25
26
0.3
0.7
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.8
6、根据表11-1计算非线性误差δ，灵敏度S。
灵敏度S=△V/△T=（1.8-0.3）/7/2=0.107
7、将E型热电偶的自由端连线从实验模板上拆去并接到数显电压表的输入端（Vi）直接读取热电势值（电压表置200mv档），重复上述⑤过程，根据E型热电偶分度表查出温度值（加热源与室温之间的温差值）。
8、计算出加热源的温度，并与温控仪的显示值进行比较，试分析误差来源。
附：
热电偶分度表，请参阅实验软件光盘中的热电偶分度表内容。
1、热电偶测量的是温差值还是摄氏温度值？
温差值。
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