传感器与检测技术实验报告.docx
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传感器与检测技术实验报告
“传感器与检测技术”实验报告
序号
实验名称
1
电阻应变式传感器实验
2
电感式传感器实验
3
电容传感器实验
学号:
9
姓名:
杨薛磊
序号:
83
实验一 电阻应变式传感器实验
（一）应变片单臂电桥性能实验
一、实验目得:
了解电阻应变片得工作原理与应用并掌握应变片测量电路。
二、基本原理:
电阻应变式传感器就是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。
一种利用电阻材料得应变效应将工程结构件得内部变形转换为电阻变化得传感器。
此类传感器主要就是通过一定得机械装置将被测量转化成弹性元件得变形,然后由电阻应变片将弹性元件得变形转换成电阻得变化,再通过测量电路将电阻得变化转换成电压或电流变化信号输出。
它可用于能转化成变形得各种非电物理量得检测,如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。
三、需用器件与单元：
主机箱中得±２V~±10Ｖ（步进可调）直流稳压电源、±15V直流稳压电源、电压表;应变式传感器实验模板、托盘、砝码; 4位数显万用表（自备）。
四、实验步骤:
应变传感器实验模板说明:
应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器+５V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。
实验模板中得R1（传感器得左下）、R2（传感器得右下）、Ｒ３（传感器得右上）、R4（传感器得左上）为称重传感器上得应变片输出口;没有文字标记得5个电阻符号就是空得无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型就是为电路初学者组成电桥接线方便而设;R5、Ｒ6、R7就是350Ω固定电阻,就是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设得其它桥臂电阻。
加热器+５V就是传感器上得加热器得电源输入口，做应变片温度影响实验时用。
多芯插头就是振动源得振动梁上得应变片输入口,做应变片测量振动实验时用。
1、将托盘安装到传感器上,如图1—4所示。
图1—４传感器托盘安装示意图
2、测量应变片得阻值:
当传感器得托盘上无重物时,分别测量应变片R１、R2、R３、R4
得阻值。
在传感器得托盘上放置1０只砝码后再分别测量R1、R2、R３、R４得阻值变化,分析应变片得受力情况（受拉得应变片：
阻值变大,受压得应变片:
阻值变小。
）。
图1—5测量应变片得阻值示意图
３、实验模板中得差动放大器调零:
按图1—6示意接线,将主机箱上得电压表量程切换
开关切换到２V档,检查接线无误后合上主机箱电源开关;调节放大器得增益电位器RW3合适位置（先顺时针轻轻转到底,再逆时针回转1圈）后,再调节实验模板放大器得调零电位器RW４,使电压表显示为零。
图１—6差动放在器调零接线示意图
４、应变片单臂电桥实验:
关闭主机箱电源,按图1—7示意图接线,将±2V～±１0Ｖ可调电源调节到±4V档。
检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节实验模板上得桥路平衡电位器RW１,使主机箱电压表显示为零;在传感器得托盘上依次增加放置一只２0ｇ砝码（尽量靠近托盘得中心点放置）,读取相应得数显表电压值,记下实验数据填入表１。
图１—７应变片单臂电桥实验接线示意图
表1应变片单臂电桥性能实验数据
重量（g）
8０
电压（ｍV）
０
-4
－9
-１４
-19
-2３
-27
-32
－36
-40
5、根据表1数据作出曲线并计算系统灵敏度S=ΔV/ΔW（ΔＶ输出电压变化量,ΔＷ重量变化量）与非线性误差δ,δ=Δｍ／ｙＦＳ×100％式中Δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线得最大偏差:
yＦS满量程输出平均值,此处为200ｇ。
实验完毕,关闭电源。
数据分析：
系统灵敏度S=ΔV／ΔW=0、2２4
非线性误差δ＝Δm/yFS×100%=1、0２%
（二）应变片半桥性能实验
一、实验目得:
了解应变片半桥（双臂）工作特点及性能。
二、基本原理:
应变片基本原理参阅实验一。
应变片半桥特性实验原理如图2—１所示。
不同应力方向得两片应变片接入电桥作为邻边,输出灵敏度提高,非线性得到改善。
其桥路输出电压Uo≈（1/２）（△R／R）E＝（1/2）ＫεE。
图2—１应变片半桥特性实验原理图
三、需用器件与单元:
主机箱中得±2Ｖ~±10Ｖ（步进可调）直流稳压电源、±15V直流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码。
四、实验步骤:
1、按实验一（单臂电桥性能实验）中得步骤1与步骤３实验。
２、关闭主机箱电源，除将图1—7改成图2—2示意图接线外,其它按实验一中得步骤4实验。
读取相应得数显表电压值,填入表2中。
图2—2应变片半桥实验接线示意图
表2应变片半桥实验数据
重量（g）
０
２０
４0
6０
80
1０0
1２0
１4０
160
180
电压（ｍＶ）
９
５8
66
7４
3、根据表2实验数据作出实验曲线，计算灵敏度S=ΔV/ΔW,非线性误差δ。
实验完毕，关闭电源。
数据分析:
系统灵敏度S=ΔV／ΔＷ=0、4１３
非线性误差δ＝Δm／yFS×100％=2、05%
五、思考题：
半桥测量时两片不同受力状态得电阻应变片接入电桥时,应放在:
邻边。
在邻边时,中点得电位变化得才能与另外得参考点进行比较,如果不在临边,也就会出现当两个应变片都发生变化时,与她们对应电阻得电位差可能会出现０得情况。
ﻫ举个例子：
两个应变片得电阻分别为A与B,另外两个电阻为C与D,假设Ａ=B=C＝Ｄ,那么,在邻边时,当因为受力，Ａ电阻大于B时,两点间电位会低于C与D,反之亦然;而如果不在临边,那么A与C之间得电位变化与C与Ｄ之间得电位变化就没有前面得规律了,也就无法判断哪个应变片出现受力变化了。
（三）应变片全桥性能实验
一、实验目得：
了解应变片全桥工作特点及性能。
二、基本原理：
应变片基本原理参阅实验一。
应变片全桥特性实验原理如图３—1所示。
应变片全桥测量电路中,将应力方向相同得两应变片接入电桥对边,相反得应变片接入电桥邻边。
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Uo≈（△R／Ｒ）E＝ＫεE。
其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性得到改善。
图3—1应变片全桥特性实验接线示意图
三、需用器件与单元:
主机箱中得±2Ｖ~±１0V（步进可调）直流稳压电源、±１5V直流稳压电源、电压表;应变式传感器实验模板、托盘、砝码。
四、实验步骤:
1、实验步骤与方法（除了按图3—2示意接线外）参照实验二,将实验数据填入表３作出实验曲线并进行灵敏度与非线性误差计算。
实验完毕,关闭电源。
图3—2 应变片全桥性能实验接线示意图
２、表3全桥性能实验数据
重量（ｇ）
2０
40
6０
８０
10０
１２
00
电压（ｍV）
-1７
－34
-５1
－６７
-84
－100
-11７
-1３4
－15１
-16７
3、根据表／3实验数据作出实验曲线,计算灵敏度Ｓ=ΔＶ／ΔＷ,非线性误差δ。
实验完毕,关闭电源。
数据分析:
系统灵敏度S＝ΔV/ΔW=0、834
非线性误差δ=Δm/ｙFS×100%=4、1２%
（四） 应变片单臂、半桥、全桥性能比较
一、实验目得：
比较单臂、半桥、全桥输出时得灵敏度与非线性度,得出相应得结论。
二、基本原理：
如图４（a）、（b）、（ｃ）
（ａ）单臂 （ｂ）半桥 （c）全桥
图４应变电桥
三、需用器件与单元：
主机箱中得±２Ｖ～±10Ｖ（步进可调）直流稳压电源、±1５Ｖ直流稳压电源、电压表;应变式传感器实验模板、托盘、砝码。
四、根据实验一、二、三所得得单臂、半桥与全桥输出时得灵敏度与非线性度,从理论上进行分析比较。
经实验验证阐述理由（注意：
实验一、二、三中得放大器增益必须相同）。
实验完毕，关闭电源。
实验分析:
全桥就是半桥得两倍，半桥就是单臂得两倍,也就就是说,灵敏度:
全=2*半=4*单
实验二电感式传感器实验
（一） 差动变压器得性能实验
一、实验目得:
了解差动变压器得工作原理与特性。
二、基本原理:
差动变压器得工作原理电磁互感原理。
三、需用器件与单元:
主机箱中得±15Ｖ直流稳压电源、音频振荡器;差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器。
四、实验步骤:
1、差动变压器、测微头及实验模板按图11—6示意安装、接线。
实验模板中得L１为差动变压器得初级线圈,L2、L3为次级线圈，＊号为同名端;Ｌ１得激励电压必须从主机箱中音频振荡器得Lv端子引入。
检查接线无误后合上主机箱电源开关,调节音频振荡器得频率为4kHz～５kHz、幅度为峰峰值Vp－ｐ＝２V作为差动变压器初级线圈得激励电压（示波器设置提示:
触发源选择内触发CH1、水平扫描速度TIME/DIV在0、1ｍＳ～10µS范围内选择、触发方式选择AＵTＯ。
垂直显示方式为双踪显示DUAＬ、垂直输入耦合方式选择交流耦合ＡC、ＣH1灵敏度ＶＯLTS/DIV在0、5V～1V范围内选择、CH2灵敏度VOLＴＳ/ＤIV在0、1V～5０ｍV范围内选择）。
图１1—6差动变压器性能实验安装、接线示意图
2、差动变压器得性能实验:
使用测微头时,当来回调节微分筒使测杆产生位移得过程中本身存在机械回程差,为消除这种机械回差可用如下方法实验。
调节测微头得微分筒（0、0１mｍ/每小格）,使微分筒得0刻度线对准轴套得10ｍm刻度线。
松开安装测微头得紧固螺钉,移动测微头得安装套使示波器第二通道显示得波形Ｖｐ-p（峰峰值）为较小值（越小越好,变压器铁芯大约处在中间位置）时，拧紧紧固螺钉，再顺时针方向转动测微头得微分筒1２圈,记录此时得测微头读数与示波器CH2通道显示得波形Vp-p（峰峰值）值为实验起点值。
以后,反方向（逆时针方向）调节测微头得微分筒，每隔
△Ｘ＝0、2mm（可取60～70点值）从示波器上读出输出电压Vp－p值,填入表１１（这样单行程位移方向做实验可以消除测微头得机械回差）。
3、根据表11数据画出Ｘ-Vp-ｐ曲线并找出差动变压器得零点残余电压。
实验完毕，关闭电源。
表11 差动变压器性能实验数据（表格不够自己加）
△X（mm）
０
０、2
０、４
0、6
0、8
1、０
1、２
１、4
1、6
1、8
Ｖp-ｐ（ｍV）
40
１4０
0
△X（ｍm）
2、０
2、2
2、4
２、6
2、8
3、0
3、2
3、４
3、6
3、8
Vp－p（mV）
0
900
△Ｘ（mｍ）
4、0
４、2
４、4
4、6
4、8
5、0
5、2
5、4
5、６
5、8
Vp-ｐ（ｍV）
8２
320
240
△X（mm）
６、0
６、2
6、４
6、6
6、８
7、0
7、２
７、４
7、6
7、８
Vp-p（mＶ）
0０
540
６2０
△X（mｍ）
８、0
8、2
8、４
8、6
8、8
９、0
9、2
9、4
9、6
9、8
Ｖp－p（mV）
６8
80
1１20
1160
△X（mm）
１0、0
１0、2
１０、4
1０、6
1０、8
11、0
1１、２
１1、4
11、6
1１、8
Vp-ｐ（mV）
1
２0
1440
△X（m
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