传感器实验.docx

传感器实验.docx

《传感器实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器实验.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

传感器实验

实验三电阻式传感器的全桥性能实验

一、实验目的

掌握全桥电路的工作原理和性能。

二、实验所用单元

同实验一。

三、实验原理及电路

将四个应变片电阻分别接入电桥的四个桥臂，两相邻的应变片电阻的受力方向不同，组成全桥形式的测量电路，转换电路的输出灵敏度进一步提高，非线性得到改善。

实验电路图见图3-1，全桥的输出电压UO＝4EKε

四、实验步骤

1、按实验一的实验步骤1至3进行操作。

2、按图3-1接线，将四个应变片接入电桥中，注意相邻桥臂的应变片电阻受力方向必须相反。

图3-1电阻式传感器全桥实验电路

3、调节平衡电位器RP，使数字电压表指示接近零，然后旋动测微器使表头指示为零，此时测微器的读数视为系统零位。

分别上旋和下旋测微器，每次0.4mm，上下各2mm，将位移量X和对应的输出电压值UO记入下表中。

表3-1

X（mm）

0

UO（mV）

0

五、实验报告

1、根据表3-1，画出输入/输出特性曲线

，并且计算灵敏度和非线性误差。

2、全桥测量时，四个应变片电阻是否必须全部一样？

实验二十二涡流式传感器的转速测量实验

一、实验目的

了解涡流式传感器用于测量转速的方法。

二、实验所用单元

涡流传感器探头（内附转换电路）、电机（光电传感器中）、电机调速装备（光电传感器转换电路中）、差动放大器、位移台架、直流稳压电源、数字电压表

三、实验原理及电路

利用涡流式传感器探头对旋转体材质的明显变化产生脉冲信号，经电路处理即可测量转速。

四、实验步骤

1、固定好位移台架，将涡流传感器探头装于传感器支架上，将电机放入位移台架的圆孔中，使探头对准电机转盘磁极。

2、将涡流传感器探头的两根输出信号线接至差动放大器的输入端，差动放大器的输出接至数字电压表的输入端。

3、将数字电压表切换开关拨到频率档，调节电机调速旋钮，使电机转动，观察实验现象。

实验二十三温度传感器及温度控制实验（AD590）

一、实验目的

1、熟悉半导体型温度传感器AD590的基本性能。

2、应用AD590实现对温度的检测和简单控制。

二、实验所用单元

保温盒（内附温度传感器）、温度传感器转换电路板、温度控制电路板、玻璃管水银温度计、直流稳压电源、低压交流电源、数字电压表、位移台架

三、实验原理及电路

1、温度传感器电路如图23-1所示。

AD590能把温度信号转变为与绝对温度值成正比的电流信号I0，比例因子为1μA/K。

通过运算放大器实现电流运算

，在运算放大器输出端得到与温度成线性关系的电压UO。

通过调节电位器RP1和RP2，可以使UO在被测温度范围内具有合适数值。

例如被测温度范围为0～100℃，则可在0℃时，调节RP1使UO为0V；在100℃时，调节RP2使UO为5V，这样被测温度每变化1℃对应UO变化50mV。

图23-1温度传感器实验原理图

在本实验中，由于0℃和100℃这两个温度不便得到，因此温度/电压的标定采用理论值推算的方法。

在0℃下AD590的电流理论值为273.2μA，要使输出电压UO为0V，则I0与I1相等：

，那么

100℃下AD590的电流理论值为373.2μA，此时要使UO为5V，则：

，那么

2、如果将转换电路的输出电压连接到加热及温度控制电路中（图23-2）的电压比较器，通过继电器控制保温盒电热元件的通电或断电，这样根据电压比较器调温端的基准电压大小，就能使保温盒内的温度保持在某一数值范围内。

图23-2加热及温度控制电路图

四、实验步骤

1、固定好位移台架，将内装温度传感器的保温盒置于位移台架上，将水银温度计插入保温盒内，轻靠在温度传感器上。

2、在此实验中，我们用输出电压UO反映实测温度，用温度计作为校核标准。

根据上述理论推算方法，在温度传感器转换电路板上，调整好RP1和RP2的阻值。

3、按照图23-1和图23-2接线，将实验箱面板、转换电路板和温度传感器小板上的有关点相连，另外连接E点和Q点，将面板上数字电压表置于20V档，转换电路板上K2打在B2（低温）侧。

4、接通电源（加热电源开关K1断开），经过几分钟，等待电路工作稳定，此时实验系统所测量的温度为室温t。

细调RP1使输出电压UO与室温相对应，其数值的关系为

。

5、调节电位器RP4，使温度给定电压为2.5V，即表示设定温度为50℃，接通加热电源开关，观察升温过程。

在升温过程中，由于温度计的热惯性比AD590在，因此温度计指示值要慢于UO的变化。

此时转换电路板上的红色指示灯VD1灭，继电器J断开，传感器小板上的绿色指示灯亮，表示处于加热过程。

当UO达到2.5V时，继电器J吸合，断开加热电源，但温度仍会继续稍有上升，然后下降。

当UO降到2.5V是，继电器J断开，接通加热电源，温度仍会继续稍有下降，然后上升。

经过几次这样的循环，温度变化范围会稳定下来。

如果温度计的平均指示值小于50℃，应适当减小RP2的阻值，反之则要增加。

调整RP2，使温度计的平均指示值尽量接近50℃。

6、调节RP4，使给定电压为3V，设定温度为60℃，重复上一步骤。

五、实验报告

1、实验内容中所采用的调节方法：

先调节室温下的RP1，再调节50℃下的RP2，如果不考虑其它因素，这种方法是否是最合适的？

为什么？

2、说明本实验中的温度控制原理，这种控制方法有什么优缺点？

实验三十二光纤传感器的位移特性实验

一、实验目的

1、了解光纤位移传感器的基本结构。

2、掌握光纤传感器及其转换电路的工作原理。

二、实验所用单元

光纤传感器、光纤传感器转换电路板、反射面、位移台架、直流稳压电源、数字电压表

三、实验原理及电路

本实验采用的是导光型多模光纤，它由两束光纤混合成Y型光纤，探头为半圆分布，一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束，两光束混合后的端部是工作端即探头。

由光源发出的光通过光纤传到端部射出后再被测体反射回来，由另一束光纤接收光信号经光电转换器转换成电压量，该电压的大小取决于反射面与探头的距离。

光纤传感器转换电路如图32-1所示。

图32-1光纤传感器转换电路图

四、实验步骤

1、固定好位移台架，将测微器测杆与反射面连接在一起。

2、按照图32-2安装光纤位移传感器，将传感器的插头与转换电路板上的插座相连，并将转换电路板的输出连接至数字电压表上。

图32-2光纤传感器安装示意图

3、调节测微器，使探头与反射面平板接触。

接通电源，调节转换电路板上的RP使数字电压表指示为零，并记录此时的测微器读数。

4、旋转测微器，反射面离开探头，每隔0.1mm读取一次输出电压值，将电压与位移记入下表中，共记10组数据。

表32-1

X（mm）

UO（V）

五、实验报告

1、根据表32-1中的实验数据，画出光纤位移传感器的位移特性，并求出拟合曲线的方程。

2、本实验中光纤位移实验系统的灵敏度与哪些因素有关？

实验三十五压阻式压力传感器的特性实验

一、实验目的

1、了解扩散硅压阻式传感器测量压力的方法。

2、掌握扩散硅压阻式传感器及其转换电路的工作原理。

二、实验所用单元

压阻式压力传感器、压阻式压力传感器转换电路板、橡皮气囊、储气箱、三通连接导管、压力表、位移台架、直流稳压电源、数字电压表

三、实验原理及电路

扩散硅式压阻式压力传感器，在单晶硅的基片扩散出P型或N型电阻条，接成电桥。

在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生变化，引起电阻的变化，将这一变化引入测量电路，通过输出电压可以测量出其所受的压力大小。

测量电路图35-1所示，其中RP1用于调节放大倍数，RP2用于调节零点。

图35-1压力传感器实验电路图

四、实验步骤

1、固定好位移台架，将压力传感器放在台架的圆孔中。

2、将压力传感器上的插头连接至转换电路板上的插座。

转换电路板的输出连接至数字电压表。

3、按照图35-2连接管路。

图35-2压力传感器实验系统示意图

4、打开橡皮囊上的单向阀，接通电源，调节转换电路板上的RP2使输出电压为零。

5、拧紧单向阀，轻按加压皮囊，注意不要用力过大，使压力表显示100mmHg，调节RP1使输出电压为10V。

6、重复步骤4和步骤5，使得压力为0时输出电压为0V，压力为100mmHg时，输出电压为10V。

7、打开单向阀，开始加压，每上升10mmHg读取输出电压，并记入下表中。

表35-1

P（mmHg）

UO（V）

五、实验报告

1、根据表35-1的实验数据，画出压力传感器的特性曲线，并计算精度与非线性误差。

2、如果测量真空度，需要对本实验装置进行怎样的改进？

实验三十七超声波传感器的位移特性实验

一、实验目的

1、了解超声波在介质中的传播特性。

2、了解超声波传感器测量距离的原理与结构。

3、掌握超声波传感器及其转换电路的工作原理。

二、实验所用单元

超声波发射探头、超声波接收传感器、超声波传感器转换电路板、反射挡板、振动台、直流稳压电源、数字电压表

三、实验原理及电路

超声波传感器由发射探头与接收传感器及相应的测量电路组成。

超声波是在听觉阈值以外的声波，其频率范围在20KHz至60KHz之间，超声波在介质中可以产生三种形式的振荡波：

横波、纵波和表面波。

本实验以空气为介质，用纵波测量距离。

发射探头发出40KHz的超声波，在空气中传播速度为344m/s，当超声波在空气中碰到不同介面时会产生一个反射波和折射波，其中反射由接收传感器输入测量电路，测量电路可以计算机超声波从发射到接收之间的时间差，从而得到传感器与反射面的距离。

本实验原理图如图37-1所示。

图37-1超声波传感器实验原理图

四、实验步骤

1、按照图37-1连线。

2、在距离超声波传感器20～30cm（0～20cm左右为超声波测量盲区）处放置反射挡板，接通电源，调节发射探头与接收传感器间的距离（约10～15cm）与角度，使得在改变挡板位置时输出电压能够变化。

3、平行移动反射挡板，每次增加5cm，读取输出电压，记入下表中。

表37-1

X（cm）

UO（V）

五、实验报告

1、根据表37-1的实验数据画出超声波传感器的特性曲线，并计算机其灵敏度。

2、本实验中的超声波传感器的特性是否是线性的？

为什么？

其线性度受到什么因素的影响？