传感器实验汇总.docx
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传感器实验汇总
北京联合大学
实验报告
课程（项目）名称：
检测与转换技术
学院：
专业：
班级：
学号：
姓名：
成绩：
2012年 12 月 5 日
实验一热电偶原理及现象（T）型
一、任务与目的
了解热电偶的原理及现象
二、原理（条件）
－15V不可调直流稳压电源、差动放大器、F／V表、加热器、热电偶、水银温度计（自备）、主副电源
旋钮初始位置：
F／V表切换开关置2V档，差动放大器增益最大（1-100倍）。
三、内容与步骤
（1）了解热电偶原理：
二种不同的金属导体互相焊接成闭合回路时，当两个接点温度不同时回路中就会产生电流，这一现象称为热电效应，产生电流的电动势叫做热电势。
通常把两种不同金属的这种组合称为热电偶。
具体热电偶原理参考教课书。
（2）了解热电偶在实验仪上的位置及符号，实验仪所配的热电偶是由铜＿康铜组成的简易热电偶，分度号为T。
实验仪有二个热电偶，它封装在双平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中间二根细金属丝焊成的一点，就是热电偶）和下片梁的下表面，二个热电偶串联在一起产生热电势为二者的总和。
、
（3）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。
（4）按图1接线。
记录下自备温度计的室温（18）。
图1
（4）将－15V直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地，观察F／V表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下F／V表显示的读数E=0.48。
（5）根据热电偶的热电势与温度之间的关系式：
Eab（t,0）=Eab（t,tn）+Eab（tn,0）
其中：
t------热电偶的热端（工作端或称测温端）温度。
tn------热电偶的冷端（自由端即热电势输出端）温度也就是室温。
0------0℃
1．热端温度为t,冷端温度为室温时热电势。
Eab（t,tn）=（f/v显示表E）/100*2（100为差动放大器的放大倍数，2为二个热电偶串联）。
2．热端温度为室温，冷端温度为0℃，铜－康铜的热电势：
Eab（tn,to）:
查以下所附的热电偶自由端为0℃时的热电势和温度的关系即铜－康铜热电偶分度表，得到室温（温度计测得）时热电势。
3．计算：
热端温度为t，冷端温度为0℃时的热电势，Eab（t,to）,根据计算结果，查分度表得到温度t。
（6）实验完毕关闭主、副电源，尤其是加热器－15V电源（自备温度计测出温度后马上拆去－15V电源连接线）其它旋钮置原始位置。
四、数据处理（现象分析）
已知：
E=0.48,tn=18℃
Eab（t,tn）=（f/v显示表E）/100*2
Eab（t,tn）=0.48/（100*2）=0.0024
所以Eab（t,0）=Eab（t,tn）+Eab（tn,0）
=Eab（t,18℃）+Eab（18℃,0℃）
=0.0024+0.798=0.8004
查表得：
t=20℃
五、结论
思考：
（1）为什么差动放器接入热电偶后需再调差放零点？
答：
差动放大器的最显著特点就是电路的对称性，在没接入热电偶的时候，电路有可能已经调到零输出。
接入热电偶，有可能破坏了电路的对称性，所以需再调差放零点。
（2）即使采用标准热电偶按本实验方法测量温度也了会有很大误差，为什么？
答：
绝缘变差而引入的误差：
如热电偶绝缘保护管和拉线板污垢或盐渣过多致使热电偶极间与炉壁间绝缘不良，不仅会引起热电势的损耗而且还会引入干扰，由此引起的误差有时会很大。
热阻误差：
高温时，如保护管上有一层煤灰、尘埃附在上面，则会使热阻增加，阻碍热的传导，这时温度示值比被测温度的真值低。
因此，应保持热电偶保护管外部的清洁，以减小误差。
热电偶的工作原理是基于热电效应。
温度计算主要基于中间温度定律
即Eab（t,0）=Eab（t,tn）+Eab（tn,0）
其中的误差主要有绝缘变差而引入的误差和热阻误差。
六、参考资料
传感器与检测技术（第三版）
七、评语
实验二 差动变面积式电容传感器的静态及动态特性
一．实验目的：
了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性。
二．所需单元及部件：
电容传感器、电压放大器（选用差动放大器）、低通滤波器、Ｆ／V表
有关旋钮的初始位置：
电压放大器增益旋钮置于中间，Ｆ／V表置于Ｖ表２Ｖ档，测微头调整为10mm（高度可根据实际情况略作改动），使电容器动片处在电容极板的中间位置。
测微头主尺（1mm）;副尺（0.01mm）,副尺转动一圈是0.5mm,副尺上一共有50个格，每格表示0.01mm。
三．实验原理：
电容式传感器有多种形式，本仪器中差动变面积式。
传感器由两组定片和一组动片组成。
当安装于震动台上的动片上、下改变位置，与两组静片之间的重叠面积发生变化，极间电容也发生相应变化，成为差动电容。
如将上层定片与动片形成的电容定为Cx1，下层定片与动片形成的电容为Cx2，当将Cx1和Cx2接入桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关。
（……公式）
四．实验步骤：
（1）按图2接线。
信号转换过程：
电容－>电压－>电压放大－>直流电压－>数字显示
电容放大器
图2
（2）F／V表打到20V，调节电容变换器（电容放大器）增益，使输出为零。
（3）转动测微头,每次0.1mm，（可根据实际情况决定每次转动测微头的位移数）记下此时测微头的读数及电压表的读数，直至电容动片与上（或下）静片覆盖面积最大为止。
（4）计算系统灵敏度Ｓ。
Ｓ＝ΔＶ／ΔＸ（式中ΔＶ为电压变化，ΔＸ为相应的梁端位移变化），并作出Ｖ－Ｘ关系曲线。
（画出线性特性较好的区域，并计算这段区域）。
五．数据处理及现象分析
X（mm）
10
10.1
1
10.2
10.3
10.4
10.5
10.6
10.7
10.8
10.9
V（v）
0
1.9
3.8
6.4
8.1
9.2
11.2
13.5
16.2
17.8
X（mm）
10
9.9
9.8
9.7
9.6
9.5
9.4
9.3
9.2
9.1
9.0
V（v）
0
-0.9
-2.7
-4.0
-6.5
-8.4
-9.6
-10.7
-12.9
-14.7
-17.1
x-v图
S=ΔＶ／ΔＸ=17808
六．结论
根据实验数据所绘制的曲线，X,V大致呈线性，说明差动变面积式电容传感器特性呈线性。
灵敏度为S=17808，电容传感器很灵敏。
七．参考资料
传感器与检测技术（第三版）
八．评语
实验三金属箔式应变片性能—单臂电桥
一．实验目的：
了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。
二．实验仪器：
直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、一片应变片、F/V表、主、副电源。
旋钮初始位置：
直流稳压电源打到±2V档，F/V表打到2V档，差动放大增益最大。
三．实验步骤：
（1）了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。
上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。
（2）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。
（3）根据图4接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。
Rx为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档，F／V表置20V档。
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（粗调），然后将F／V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F／V表显示为零（细调）。
图4
（4）将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平等梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使F／V表显示最小，再旋动测微头，使F／V表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度并记下这个刻度值。
（5）——往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下F／V表显示的值。
建议每旋
动测微头一周即ΔX＝0.5mm记一个数值填入下表：
X（mm）
10
9.5
9.0
8.5
8.0
7.5
7.0
..0
6.5
6.0
5.5
V（mV）
0.000
-0.009
-0.019
-0.025
-0.029
-0.035
-0.041
-0.047
-0.054
-0.060
X（mm）
10.5
11.0
11.5
12.0
12.5
13.0
13.5
14.0
14.5
15.0
V（mV）
0.003
0.007
0.012
0.018
0.022
0.025
0.033
0.037
0.045
0.050
（6）据所得结果计算灵敏度S＝ΔV／ΔX（式中ΔX为梁的自由端位移变化，ΔV为相应F／V表显示的电压相应变化）。
（7）实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。
注意事项：
（1）电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。
（2）为确保实验过程中输出指示不溢出，适当减小差动放大增益，此时差动放大器不必重调零。
（3）做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。
四．数据处理及现象分析
x-v图
S=ΔV／ΔX=11.46
五．结论
根据所绘图形X,V大致呈线性，说明金属箔式应变片—单臂电桥的特性呈线性。
灵敏度s=11.46
六．参考资料
传感器与检测技术（第三版）
七．评语
实验四金属箔式应变片性能—半桥、全桥
一．实验目的：
了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。
二．实验仪器：
直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、一片应变片、F/V表、主、副电源。
旋钮初始位置：
直流稳压电源打倒±2V档，F/V表打到2V档，差动放大增益最大。
三．实验步骤：
（1）了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。
上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。
（2）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。
（3）根据图4接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。
Rx为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档，F／V表置20V档。
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（粗调），然后将F／V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F／V表显示为零（细调）。
图4
（4）将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平等梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使F／V表显示最小，再旋动测微头，使F／V表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度并记下这个刻度值。
（5）——往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下F／V表显示的值。
建议每旋
动测微头一周即ΔX＝0.5mm记一个数值填入下表：
（6）据所得结果计算灵敏度S＝ΔV／ΔX（式中ΔX为梁的自由端位移变化，ΔV为相应F／V表显示的电压相应变化）。
（7）实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。
注意事项：
（1）电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。
（2）为确保实验过程中输出指示不溢出，适当减小差动放大增益，此时差动放大器不必重调零。
（3）做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。
四．数据处理及现象分析
1.半桥数据
X（mm）
10
10.5
11.0
11.5
12.0
12.5
13.0
13.5
14.0
14.5
V（mV）
0.000
0.009
0.019
0.028
0.037
0.045
0.055
0.066
0.074
0.085
X（mm）
9.5
9.0
8.5
8.0
7.5
7.0
6.5
6.0
5.5
5.0
V（mV）
-0.10
-0.020
-0.031
-0.039
-0.052
-0.063
-0.075
-0.085
-0.094
-0.105
半桥x-v图
S=ΔV／ΔX=19.88
2.全桥数据
X（mm）
10
10.5
11.0
11.5
12.0
12.5
13.0
13.5
14.0
14.5
V（mV）
0.008
0.022
0.044
0.062
0.080
0.106
0.124
0.142
0.158
0.180
X（mm）
9.5
9.0
8.5
8.0
7.5
7.0
6.5
6.0
5.5
5.0
V（mV）
-0.010
-0.028
-0.050
-0.076
-0.098
-0.116
-0.138
-0.158
-0.182
-0.206
全桥x-v图
S=ΔV／ΔX=40.10
五．结论
根据所绘的图形，半桥、全桥的X-V都呈线性，半桥灵敏度（s=19.88）大约是单臂电桥（s=11.46）的2倍，是全桥（s=40.10）的1/2倍。
六．参考资料
传感器与检测技术（第三版）
七．评语
实验五霍尔式传感器的特性—直流激励
一．实验目的：
了解霍尔式传感器的原理与特性。
二．所需单元及部件：
霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、F／V表、直流稳压电源、测微头、振动平台、主、副电源。
有关旋钮初始位置：
差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置２０Ｖ档，直流稳压电源置２Ｖ档，主、副电源关闭。
三．实验步骤：
（1）了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。
霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔传感器。
（2）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小位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F／V表显示为零，此后，差动放大器调零旋钮不可再动，关闭主电源，根据图2１接线，Ｗ１、r为电桥单元的直流电桥平衡网络。
图2１
（3）装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置，记下此时测微头的读数。
（4）开启主、副电源调整Ｗ１使电压表指示为零。
（5）上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.1mm（副尺转过10个格）读一个数，将读数填入下表
（6）将测微头调制初始位置，然后旋转测微头向相反方向转动，建议每0.1mm读一个电压表的读书，将读书填入下表：
（7）作出Ｖ－Ｘ曲线指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。
可见，本实验测出的实际上是磁场情况，磁场分布为梯度磁场与磁场分布有很大差异，位移测量的线性度，灵敏度与磁场分布有很大关系。
（6）实验完毕关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。
注意事项：
（1）由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。
（2）一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。
（3）激励电压不能过大，以免损坏霍尔片。
（4）
四．数据处理及现象分析
实验数据
X（mm）
7.0
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
7.8
7.9
V（V）
0
0.01
0.03
0.05
0.06
0.07
0.09
0.10
0.12
0.14
X（mm）
7.0
6.9
6.8
6.7
6.6
6.5
6.4
6.3
6.2
6.1
V（V）
0
-0.0111
-0.02
-0.03
-0.05
-0.06
-0.07
-0.08
-0.09
-0.10
x-v图
S=ΔV／ΔX=131
五．结论
根据所绘制的图形，X,V呈线性，说明霍尔式传感器的特性呈线性，灵敏度S=131
六．参考资料
传感器与检测技术（第三版）
七．评语
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