传感器实验指导书123456789.docx
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传感器实验指导书123456789
传感器实验指导书
淮北师范大学
电子技术实验室
二OO五年一月编写
二O一0年十月修订
前言
《传感器实验》是在学生学习专业基础课程和技术基础后开出的又一专业课实验.传感器技术的发展日新月异，当今世界是信息技术时代.学生们在做实验时除了解传感器的结构外还要熟悉测量电路.传感器只有通过测量电路把非电量转换为电量输出才能达到自动测量的目的.
为使学生们在实验中有所收获，特提出如下要求：
1.做实验前必须认真做好预习工作，仔细阅读指导书，明确实验目的原理、内容和要求，弄清楚所用仪器的作用和被试验元（部）件的功能；初学或没有把握应经指导老师审查同意后再接通电源；
2.做实验时要用心思考.在实验中出现故障时应断开电源再分析其原因，如检查连线是否正确，所使用的仪表的量程挡位是否合适；
3.实验结束后，必须关断电源，并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理，摆放整齐；
4.实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告撰写.
淮北师范大学电子技术实验室李淮江
二O一0年十月修订
实验目录
前言 ２
实验一力传感器实验4
实验二压力传感器实验7
实验三Pt100热电阻测温实验10
实验四液位光纤传感测量系统12
实验五传感器放大电路设计性实验16
实验一力传感器实验
一、实验目的
1、掌握力传感器测量的原理.了解金属箔式应变片的应变
效应.
2、掌握应变式传感器的灵敏度的含义.
3、学会处理传感器静态性能指标的方法.
4、学会常用仪表设备的正确使用.
二、实验设备
1.箔式应变式力传感器.
2.标定架、2kg（20N）砝码若干.
3.直流稳压电源.
4.数字万用表（41/2位）.
三、预习要求
应变式力传感器的工作原理.
四、实验内容及步骤
1、双孔悬臂梁箔式力传感器结构如图1所示.
图1双孔悬臂梁箔式力传感器结构
2、接线
箔式力传感器测量电路如图3所示.
力传感器输出电压为:
Usc=EΔR/R
（1）
其中:
E为电源电压,R1、R2、R3、R4为应变电阻，ΔR/R为应变电阻的相对变化量,Usc为传感器的输出电压.
按如图3所示，将数字万用表旋至“OHM（欧姆）”档，测输入阻抗Rin，输出阻抗Rout，填入表1.1中.将万用表旋至DCV“20V”档,调整稳压电源输出至10VDC，关闭电源.待连线检查正确无误后，再接通电源.
表1.1传感器的输入阻抗Rin，输出阻抗Rout
输入阻抗（Rin）
输出阻抗（Rout）
Ω
Ω
3、加、卸载荷实验（注意砝码的平衡和安全）
（1）按正行程每次加载20N，直至负载为100N；
（2）按反行程每次卸载20N，直至负载为零；
将正、反行程实验的每一负载情况下的电压输出值填入表1.2内，连续测量3次.
五、实验结果处理
1、计算传感器的灵敏度系数k=输出变化量/输入变化量（mv/N）
2、计算传感器的静态性能指标
（1）非线性度δL
（2）迟滞δH
（3）重复性δR
表1.2传感器测试数据记录表
N
MV
0
20
40
60
80
100
加载
（正行程）
卸载
（反行程）
实验二压力传感器实验
一、实验目的
1、掌握压力传感器的测量原理.
2、掌握压阻式压力传感器的灵敏度的计算.
3、学会传感器静态性能指标的计算.
4、熟悉活塞压力计的使用方法.
二、实验设备
1.压力传感器.
2.活塞压力计.
3.数字万用表（41/2位）.
4.直流稳压电源.
三、预习要求
1、压阻式压力传感器的工作原理.
2、活塞压力计的工作原理及使用说明.
四、实验内容及步骤
1、硅方膜片压力传感器的结构为如图4所示.σt为切向应力、σr为径向应力.
压力传感器输出电压为:
Usc=EΔR/R
（2）
其中:
E为电源电压,R1、R2、R3、R4为硅压敏电阻，ΔR/R为压敏电阻的相对变化量,Usc为传感器的输出电压.
2、接线
硅压力传感器测量电路如图5所示.
按如图5所示，将数字万用表旋至“OHM”档，测输入阻抗，输出阻抗，填入表1.3中,将万用表旋至DCV“20V”档,调整稳压电源输出至10VDC，关闭电源.待连线检查正确无误后，再接通电源.
表1.3传感器的输入阻抗Rin，输出阻抗Rout
输入阻抗（Rin）
输出阻抗（Rout）
Ω
Ω
表1.4传感器测试数据记录表
MPa
MV
0
0．2
0．4
0．6
0．8
1．0
加压
（正行程）
减压
（反行程）
3、加压和减压实验（注意手摇标定机托盘上刻线不要超过规定位置）
（1）按正行程每次加载0.2MPa，直至负载为1MPa；
（2）按反行程每次卸下0.2MPa，直至负载为零；
将正、反行程实验的每一压力值下的电压输出值填入表1.4内，连续测3次.
五、实验结果处理
1.计算传感器的灵敏度系数k=输出变化量/输入变化量（mv/MPa）
2.计算传感器的静态性能指标
（1）非线性度δL
（2）迟滞δH
（3）重复性δR
六、活塞压力计工作原理
活塞部分由具有精确载面的活塞、活塞缸及与活塞直接相连的承重托盘及砝码组成.
压力计是利用活塞和加在活塞中的砝码重量所产生的压力与手摇压力泵所产生的压力相平衡的原理进行标定工作，其精度可达0.05%以上.
标定时，把传感器装在联接螺帽上，然后，按照活塞压力计的操作规程，转动压力泵的手轮，使托盘上升到规定的刻线位置；按所要求的压力间隔，逐点增加砝码重量，使压力计产生所需的压力；同时用数字电压表记下传感器在相应压力下的输出值.这样就可以得到被标定传感器或测压系统的输出特性曲线（即输出与压力间的关系曲线）.根据这条曲线可确定出所需要的各个静态特性指标.
实验三Pt100热电阻测温实验
一、实验目的：
了解Pt100铂热电阻的特性与应用.
二、基本原理：
利用导体电阻随温度变化的这一特性，热电阻用于测量时，要求其材料电阻温度系数大，而稳定，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系.常用铂电阻和铜电阻，铂电阻在0－630.74℃以内，电阻Rt与温度t的关系为：
Rt=Ro（1+At+Bt2）
Ro系温度为0℃时的电阻.本实验Ro＝100℃.A＝3.9684×10－3／℃，B＝－5.847×10－7／℃－2，C＝－4.22×10－12／℃－3,铂电阻内部引线方式有两线制、三线制和四线制三种，三线制可以减小热电阻与测量仪表之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差.本实验是三线制连接，热电阻的一端与一根引线相接，另一端接二根引线主要为消除引线电阻对测量的影响.热电阻的三线制电桥测量电路如图6所示.
三、需用设备、器件与单元：
Pt100热电阻、数显单元、万用表、高低温实验箱.
四、实验步骤：
1、将Pt100热电阻放到高低温实验箱内，密闭好窗口，设置高低温实验箱的温度变化范围为-40℃～+50℃.
2、将Pt100热电阻的导线与数显单元连接.注意不要碰到220V交流电源,以免发生危险.
3、在常温的基础上，以后每隔
读取一次Pt100热电阻的温度值，即每变化Δt=
时，读取数显表值（同时读取数字电压表值），将结果填入表1-5.
表1-5温度传感器测试数据记录表
T（℃）
5
15
20
25
30
35
40
45
50
t（℃）
V（mV）
4、根据上表计算Pt100热电阻的非线性误差.
五、思考题：
如何根据测温范围和精度要求选用热电阻？
图6热电阻的三线制电桥测量电路
E为电源电压,r为导线内阻值,Rt为热电阻.
实验四光纤液位测量系统
一、实验目的：
1．在线测量：
利用测量系统的在线测量功能可以打开或关闭计算机与光纤液位测量系统之间的数据通信，来自动实现光纤液位测量系统面板脉冲数据及油罐液面高度数据的存储，以方便计算机对各种数据的查询.
2、记录查询：
利用测量系统的记录查询功能可以方便的使用计算机来查询光纤液位测量系统面板数据及油罐液面高度数据.
3、查询设置：
利用查询设置功能可以自动切换光纤液位测量系统数据的查询方式.（其分脉冲与高度两种查询方式.）
二、软件的介绍
（1）基本功能：
在线测量：
利用本软件的在线测量功能可以打开或关闭计算机与光纤液位测量系统之间的数据通信，来自动实现光纤液位测量系统面板脉冲数据及油罐液面高度数据的存储，以方便计算机对各种数据的查询.
Ⅰ.记录查询：
利用本软件的记录查询功能可以方便的使用计算机来查询光纤液位测量系统面板数据及油罐液面高度数据.
Ⅱ.查询设置：
利用查询设置功能可以自动切换光纤液位测量系统数据的查询方式.（其分脉冲与高度两种查询方式.）
Ⅲ.帮助：
（2）软件使用说明：
Ⅰ.主菜单项说明
1）在线测量：
打开在线测量功能子菜单.
2）记录查询：
打开记录查询子菜单.
3）查询设置：
完成自动切换光纤液位测量系统数据的查询方式.
4）帮助：
5）退出：
Ⅱ.子菜单项说明
1）在线测量功能子菜单：
a：
开始通讯：
打开计算机与光纤液位测量系统之间的数据通信，以自动实现光纤液位测量系统面板脉冲数据及油罐液面高度数据的存储.
b：
结束通讯：
关闭计算机与光纤液位测量系统之间的数据通信.在关闭计算机与光纤液位测量系统之间的数据通信之后，才可以关闭光纤液位测量系统的电源.
C：
返回：
退出在线测量功能子菜单，并返回到光纤液位测量系统软件主菜单.
2）记录查询功能子菜单：
a：
当日记录：
进入当日数据记录的查询.
用鼠标按此按钮为查询当日数据记录中当前记录的前一条记录，也可用使用键盘上光标键中向上键来代替使用.
用鼠标按此按钮为查询当日数据记录中当前记录的后一条记录，也可用使用键盘上光标键中向下键来代替使用.
用鼠标按此按钮为打印当日数据记录中当前记录，也可用使用键盘上字母键P来代替使用.
用鼠标按此按钮为退出当日数据记录的查询，也可用使用键盘上ESC键来代替使用.
b：
所有记录：
进入每日数据库查询所有的日数据记录.
用鼠标按此按钮为查询数据库每日记录中当前日记录的前一天记录，也可用使用键盘上光标键中向上键来代替使用.
用鼠标按此按钮为查询数据库每日记录中当前日记录的前一天记录，也可用使用键盘上光标键中向下键来代替使用.
用鼠标按此按钮为打印日数据记录中当前记录，也可用使用键盘上字母键P来代替使用.
用鼠标按此按钮为进入数据库每日记录中当前日记录的详细查询状态，也可用使用键盘上ENTER键来代替使用.当进入数据库每日记录中当前日记录的详细查询状态之后，所有的按钮及键盘键功能的使用请详见当日数据记录的查询的介绍说明.
用鼠标按此按钮为退出每日数据库记录的查询，也可用使用键盘上ESC键来代替使用.
c：
返回：
退出记录查询功能子菜单，并返回到光纤液位测量系统软件主菜单.
3．状态栏及其他界面元素的介绍：
1）状态栏：
此栏为系统菜单提示栏.
此栏内值为光纤液位测量系统前面板的脉冲数据.
此栏表示为光纤液位测量系统软件数据的显示方式，其由主菜单中的查询设置来切换.当此栏显示为脉冲时，表示数据的显示方式为光纤液位测量系统的内部默认的脉冲方式；当此栏显示为毫米时，表示数据的显示方式为油罐的高度方式.
此栏表示为软件的在线测量功能是否打开或关闭，即计算机与光纤液位测量系统之间的数据通信是否在进行.当此栏显示为通讯时，表示在线测量功能已经打开.警告：
只有在线测量功能打开之后，计算机才自动实现光纤液位测量系统面板脉冲数据及油罐液面高度数据的存储，并方便以后计算机对各种数据的查询.当在线测量功能未打开或关闭时，此时光纤液位测量系统的进出油量的当前各种数据将无法存储于计算机之文件.
此栏为系统日期及时间提示栏.
2）其他界面元素：
当软件的在线测量功能已经打开时，计算机将自动显示当前光纤液位测量系统的各种重要数据的值.其可以以脉冲与高度两种方式中的任一种来进行浏览.
实验五传感器放大电路设计性实验
一、实验目的：
掌握传感器放大电路原理、特点与电路形式.了解放大电路形式及特点与功能.应用传感器和测量电路进行工程控制和过程检测.
二、实验设备和材料：
1.数字万用表（41/2位）.
2.直流稳压电源.
3．所需材料：
选择一种常用传感器，一只仪表放大器，一只调零电位器，一只调增益电位器，各种规格电阻若干，各种规格电容若干，面包板，导线若干.
三、实验步骤：
自行设计电路，提出设计思想，搭试电路，最终设计出传感器的输出放大信号为０－５V或４－２０mA.
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