传感器实验缩少版.docx

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传感器实验缩少版

实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验

一．实验目的

了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。

二．基本原理

电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：

式中

为电阻丝电阻的相对变化，

为应变灵敏系数，

为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位的受力状态变化，电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。

单臂电桥输出电压

O1

。

三．需用器件与单元

CGQ-001实验模块、CGQ-013实验模块、应变式传感器、砝码、电压表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。

四．实验步骤

1．根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。

传感器中各应变片已接入模块的左上方的R1、R2、R3、R4。

加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。

2．实验模块接入模块电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将CGQ-001实验模块调节增益电位器Rw1顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上的电压表电压输入端Vi相连，调节实验模块上调零电位器Rw2，使电压表显示为零（电压表的切换开关打到2V档）。

关闭主控箱电源。

3．将CGQ-013实验模块上应变式传感器的其中一个应变片R1（即模块左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块已连接好），接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V（从主控箱引入）如图1-2所示。

检查接线无误后，合上主控箱电源开关。

调节Rw1，使电压表显示为零。

图1-2单臂电桥实验接线图

4．在电子秤上放置一只砝码，读取电压表数值，依次增加砝码和读取相应的电压表值，直到200g砝码加完。

记下实验结果填入表1-1，关闭电源。

表1-1单臂电桥输出电压与加负载重量值

重量（g）

电压（mv）

5．根据表1-1计算系统灵敏度S，S=

（

输出电压变化量；

重量变化量）计算线性误差：

f1=

F•S×100%，式中

为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：

F•S满量程输出平均值，此处为200g。

五．思考题

单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：

（1）正（受拉）应变片

（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可。

实验三金属箔式应变片——全桥性能实验

一．实验目的

了解全桥测量电路的优点。

二．基本原理

全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，当应变片初始阻值：

R1=R2=R3=R4，其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时，其桥路输出电压Uo3=

。

其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。

三．需用器件和单元

同实验一。

四．实验步骤

1．传感器安装同实验一。

接入模块电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关。

2．根据图1-5接线，实验方法与实验二相同。

将实验结果填入表1-3；进行灵敏度和非线性误差计算。

表1-3全桥输出电压与加负载重量值

重量（g）

电压（mv）

五．思考题

1．全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R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。

2．某工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全桥实验接线图

实验五金属箔式应变片的温度影响实验

一．实验目的

了解温度对应变片测试系统的影响。

二．基本原理

电阻应变片的温度影响，主要来自两个方面。

敏感栅丝的温度系数，应变栅线膨胀系数与弹性体（或被测试件）的线膨胀系数不一致会产生附加应变。

因此当温度变化时，在被测体受力状态不变时，输出会有变化。

三．需用器件与单元

CGQ-001实验模块、CGQ-013实验模块、应变式传感器、砝码、电压表、±15V电源、±4V电源、+5V电源、加热器（已贴在应变片底部）

四．实验步骤

1．保持实验三实验结果。

2．将200g砝码加于砝码盘上，在电压表上读取某一整数Uo1。

3．将5V直流稳压电源（主控箱）接于实验模块的加热器插孔上，数分钟后待电压表电压显示基本稳定后，记下读数Uot，Uot–Uo1即为温度变化的影响。

计算这一温度变化产生的相对误差

。

五．思考题

1．金属箔式应变片温度影响有哪些消除方法？

2．应变式传感器可否用于测量温度？

实验十电容式传感器的位移特性实验

一．实验目的

了解电容式传感器结构及其特点。

二．基本原理

利用平板电容

和其他结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择

、A、d三个参数中，保持两个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（

变）、测微小位移（d变）和测量也为（A变）等多种电容传感器。

三．需用器件与单元

电容传感器、CGQ-004电容传感器实验模块、测微头、电压表、直流稳压源。

四．实验步骤

1．按图3-1安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模块上。

2．将电容传感器连线插入电容传感器实验模块，实验线路见图4-1。

3．将电容传感器实验模块的输出端Vo与电压表单元Vi相接（插入主控箱Vi孔），Rw2调节到中间位置。

4．接入±15V电源，旋动测微头推进电容传感器动极板位置，每隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表4-1。

表4-1电容传感器位移与输出电压值

X（mm）

V（mv）

5．根据表4-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差

f。

五．思考题

试设计利用

的变化测谷物湿度的传感器原理及结构。

能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？

图4-1电容传感器位移实验接线图

实验十一直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验

一．实验目的

了解霍尔式传感器原理与应用。

二．基本原理

根据霍尔效应、霍尔电势UH=KHIB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它就可以进行位移测量。

三．需用器件与单元

CGQ-005霍尔传感器实验模块、霍尔传感器、直流源±4V、±15V、测微头、电压表。

四．实验步骤

1．将霍尔传感器按图3-1安装。

霍尔传感器以及实验模块接线按图5-1进行。

图5-1直流激励时霍尔传感器位移实验接线图

2．实验模块接入模块电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置，再调节Rw1使电压表指示为零，若无法调零则交换放大器两端输入接线。

3．旋转测微头向轴向方向推进，每转动0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表5-1。

表5-1

X（mm）

V（mv）

作出V-X曲线，计算不同线性围时的灵敏度和非线性误差。

五．思考题

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？

实验二十光电转速传感器的转速测量实验

一．实验目的

了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。

二．基本原理

光电式转速传感器有反射型和直射型两种，本实验装置是反射型的，传感器端部有发光管和光电管，发光管发出的光源在转盘上反射后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有黑白相间的12个间隔，转动时将获得与转速及黑白间隔数有关的脉冲，将电脉冲计数处理即可得到转速值。

三．需用器件与单元

光电转速传感器、+5V直流电源、CGQ-05转动源模块、可调电源2-24V、转速/频率表。

四．实验步骤

1．光电转速传感器安装如图5-3所示，在传感器支架上装上光电转速传感器，调节高度，使传感器端面离平台表面2-3mm，将传感器引线分别插入相应的插孔，其中红色接入直流电源+5V，黑色为接地端，蓝色输入主控箱Fin，转速/频率表置“转速”档。

2．将可调电源2-24V接到转动源24V插孔上。

3．合上电源开关，使电机转动并从转速/频率表上观察电机转速。

如显示转速不稳定，可调节传感器的安装高度。

五．思考题

已进行的实验中用了多种传感器测量转速，试分析比较一下哪种方法最简单、方便。

实验二十一Cu50温度传感器的测温特性实验

一．实验目的

了解Cu50温度传感器的特性与应用。

二．基本原理

在一些测量精度要求不高且温度较低的场合，一般采用铜电阻，可用来测量-50ºC~+150ºC的温度。

铜电阻有下列优点：

1．上述温度围，铜的电阻与温度呈线性关系

Rt=R0（1+at）

2．阻温度系数高，a=4.25~4.28×10-3/ºC

3．易提纯，价格便宜

三．需用器件与单元

CGQ-04温度源、CGQ-009温度传感器实验模块、K/E型热电偶、Cu50热电阻、直流源、电压表。

四．实验步骤

1．注意：

首先根据温控仪表型号，仔细阅读“温控仪表操作说明”，（见附录一）学会基本参数设定（出厂时已设定完毕）。

2．将CGQ-04温度源模块上的220V加热输入接线柱与主控箱面板温度控制系统中的加热输出接线柱连接。

3．将温度源中”风机电源”经过温控仪上的ALM1再和主控箱中“0-+24V”电源输出连接（此时电源旋钮打到最大值位置），闭合温度源开关。

4．将热电偶插入模块温度源的一个传感器安置孔中。

将K（对应温度控制仪表中参数Sn为0，或E型Sn为4）热电偶自由端引线插入主控箱面板的传感器插孔中，红线为正极。

5．Cu50热电阻加热端插入温度源的另一个插孔中，尾部红色线为正端，插入实验模块的a端，见图9-1，尾部黑色线插入b端，a端接电源+2V，b端与差动运算放大器的Vi1一端相接，桥路的另一端和差动放大器的另一端Vi2相接。

图9-1Cu50热电阻测温特性实验

6．打开主控台及CGQ-04温度源电源开关，设定温度控制值为40ºC，当温度控制在40ºC时开始记录电压表读数，重新设定温度值为40ºC+n·Δt，建议Δt=5ºC，n=1……10，每隔1n读出数显表输出电压与温度值。

记下数显表上的读数，填入表9-1。

表9-1：

T（ºC）

V（mv）

五．思考题

大家知道在一定的电流模式下，PN结的正向电压与温度之间具有较好的线性关系，因此就有温敏二极管，你若有兴趣可以利用开关二极管或其它温敏二极管在40ºC~100ºC之间，作温度特性，然后与集成温度传感器相同区间的温度特性进行比较，从线性看温度传感器线性优于温敏二极管，请阐述理由。