传感器实验报告.docx

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传感器实验报告

实验一箔式应变片性能

一、实验目地：

1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。

2、测试应变梁变形的应变输出。

3、了解实际使用的应变电桥的性能和原理。

二、实验原理：

本实验说明箔式应变片在单臂直流电桥、半桥、全桥里的性能和工作情况。

应变片是最常用的测力传感元件。

当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当被测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。

通过测量电路，转换成电信号输出显示。

电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为△R1／R1、△R2／R2、△R3／R3、△R4／R4，当使用一个应变片时，

；当二个应变片组成差动状态工作，则有

；用四个应变片组成二个差动对工作，且R1＝R2＝R3＝R4＝R，

。

由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。

根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4·E·∑R，电桥灵敏度Ku＝V／△R／R，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度度分别为1/4E、1/2E和E.。

由此可知，当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。

三、实验所需部件：

直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、砝码（20g）、电压表（±4v）。

四、实验步骤：

1、调零开启仪器电源，差动放大器增益至100倍（顺时针方向旋到底），“＋、－”输入端用实验线对地短路。

输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。

调零后电位器位置不要变化。

2、按图

（1）将实验部件用实验线连接成测试桥路。

桥路中R1、R2、R3、和WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。

直流激励电源为±4V。

图

（1）

3、确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。

调整电桥WD电位器，使测试系统输出为零。

4、往托盘上放砝码，使其带动悬臂梁向下运动，以悬臂梁水平状态下电路输出电压为零为起点，取八个砝码依次放在托盘上，每放一个砝码记录一个差动放大器输出电压值，并列表。

砝码数

1

2

3

4

5

6

7

8

电压值1

电压值2

电压值3

根据表中所测数据计算灵敏度S，S＝△V／△W。

W:

砝码的重量（mg）。

5、在上述实验的基础上，不变动差动放大器增益和调零电位器，依次将图

（1）中电桥固定电阻R1、R2、R3换成箔式应变片，分别接成半桥和全桥测试系统。

6、重复实验一中3－4步骤，测出半桥和全桥输出电压并列表，计算灵敏度。

7、在同一坐标上描出V－X曲线，比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。

五、注意事项：

1、实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。

2、插线插入插孔，以保证接触良好，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。

3、稳压电源不要对地短路。

实验二箔式应变片三种桥路性能比较

一、实验目的：

了解实际使用的应变电桥的性能和原理。

二、实验原理：

电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为△R1／R1、△R2／R2、△R3／R3、△R4／R4，当使用一个应变片时，

；当二个应变片组成差动状态工作，则有

；用四个应变片组成二个差动对工作，且R1＝R2＝R3＝R4＝R，

。

由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。

根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4·E·∑R，电桥灵敏度Ku＝V／△R／R，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度度分别为1/4E、1/2E和E.。

由此可知，当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。

三、实验所需部件

直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、砝码、电压表。

四、实验步骤：

1、在完成实验一的基础上，不变动差动放大器增益和调零电位器，依次将图

（1）中电桥固定电阻R1、R2、R3换成箔式应变片，分别接成半桥和全桥测试系统。

2、重复实验一中3－4步骤，测出半桥和全桥输出电压并列表，计算灵敏度。

3、在同一坐标上描出V－X曲线，比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。

五、注意事项：

1、应变片接入电桥时注意其受力方向，一定要接成差动形式。

2、直流激励电压不能过大，以免造成应变片自热损坏。

3、由于进行位移测量时测微头要从零－→正的最大值，又回复到零，再

－→负的最大值，因此容易造成零点偏移，因此计算灵敏度时可将正△X的灵敏度与负的△X的灵敏度分开计算。

再求平均值，以后实验中凡需过零的实验均可采用此种方法.

实验三霍尔式传感器的直流激励特性

一、实验目的：

了解霍尔式传感器的结构、工作原理，学会用霍尔传感器做静态位移测试。

二、实验原理：

霍尔式传感器是由工作在两个环形磁钢组成的梯度磁场和位于磁场中的霍尔元件组成。

当霍尔元件通以恒定电流时，霍尔元件就有电势输出。

霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量X，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。

三、实验所需部件：

直流稳压电源、电桥、霍尔传感器、差动放大器、电压表、测微头。

图（3）

四、实验步骤：

1．按图（3）接线，装上测微头，调节振动圆盘上、下位置，使霍尔元件位于梯度磁场中间位置。

差动放大器增益适度。

开启电源，调节电桥WD，使差放输出为零。

上、下移动振动台，使差放正负电压输出对称。

2．上、下移动测微头各3.5mm，每变化0.5mm读取相应的电压值。

并记入下表，作出V－X曲线，求出灵敏度及线性。

X（mm）

V（v）

五、注意事项：

直流激励电压须严格限定在2V，绝对不能任意加大，以免损坏霍尔元件

实验四热电式传感器－热电偶

一、实验目的：

观察了解热电偶的结构，熟悉热电偶的工作特性，学会查阅热电偶分度表。

二、实验原理：

热电偶的基本工作原理是热电效应，当其热端和冷端的温度不同时，即产生热电动势。

通过测量此电动势即可知道两端温差。

如固定某一端温度（一般固定冷端为室温或0℃），则另一端的温度就可知，从而实现温度的测量。

本系统为镍铬-镍硅（K分度）k分度表见附录。

三、实验所需部件：

热电偶、加热器、差动放大器、电压表、温度计

四、实验步骤：

1、打开电源，差动放大器增益放100倍，调节调零电位器，使差放输出为零。

2、差动放大器双端输入接入热电偶，打开加热开关，迅速将差动放大器输出调零。

3、随加热器温度上升，观察差动放大器的输出电压的变化，待加热温度不再上升时（达到相对的热稳定状态），记录电压表读数。

4、本仪器上热电偶是由两支镍铬-镍硅热电偶串接而成，是一支K分度热电偶，热电偶的冷端温度为室温，放大器的增益为100倍，计算热电势时均应考虑进去。

用温度计读出热电偶参考端所处的室温t1。

E（t,to）=E（t,t1）+E（t1,to）

实际电动势测量所得电势温度修止电动势

式中E为热电偶的电动势，t为热电偶热端温度，to为热电偶参考端温度为0℃，t1为热电偶参考端所处的温度。

查阅镍铬-镍硅热电偶分度表，求出加热端温度t。

5、本实验仪的K分度热电偶插入数字式温度表端口，则直接显示℃温度值。

五、注意事项：

因为仪器中差动放大器放大倍数≈100倍，所以用差动放大器放大后的热电势并非十分精确，因此查表所得到的热端温度也为近似值。

实验五热敏式温度传感器测温实验

一、实验目的：

学习了解热敏式温度传感器的工作原理及应用

二、实验原理：

用半导体材料制成的热敏电阻具有灵敏度高，可以应用于各领域的优点，热电偶一般测高温时线性较好，热敏电阻则用于200℃以下温度较为方便，本实验中所用热敏电阻为负温度系数。

温度变化时热敏电阻阻值的变化导致运放组成的压/阻变换电路的输出电压发生相应变化。

三、实验所需部件：

热敏电阻、温度变换器、电压表、温度计

四、实验步骤：

1、观察装于悬臂梁上封套内的热敏电阻，将热敏电阻接入温度变换器Rt端口，调节输出调节旋钮，使加热前电压输出Vo端电压值尽可能大但不饱和。

用温度计测出环境温度To并记录。

2、打开加热器，观察温度的温升和温度变换器Vo端的输出电压的变化情况，每升温1℃记录一个电压值，待电压稳定后记下最终温度T。

（50℃～60℃）

To（℃）

Vo（V）

根据表中数据作出V－T曲线，求出灵敏度S。

S＝△V／△T

实验六气敏传感器特性实验

一、实验目的：

1、观察气敏传感器的外部形态。

2、了解气敏传感器的工作原理。

二、实验原理：

气敏传感器的核心器件是半导体气敏元件，不同的气敏元件对不同的气体敏感度不同，当传感器暴露于便其敏感的气体之中时，电导由此可测得被测气体浓度的变化。

实验接线如图（3）所示.

图（3）

三、实验所需部件：

气敏传感器（MQ3）、电桥WD电位器、差动放大器、稳压电源电源、酒精、电压表。

四、实验步骤：

1、首先按图接线，确认无误后开启电源，因为传感器加热后A、B间电阻值需要一稳定时间，所以要有5分钟左右的过程。

2、待电压表显示的V0值稳定后，调整电桥WD电位器，使差放输出为零，（也可以是一个固定的数值），取棉球沾上少许酒精靠近探头上，观察V0升至最大值并记录。

3、使探头脱离酒精气，V0恢复到初始值。

实验七湿敏传感器——湿敏电阻

一、实验目的：

1、观察湿敏传感器的外部形态

2、了解湿敏传感器的工作特征及原理。

二、实验原理：

高分子湿敏电阻主要是使用高分子固体电解质材料作为感湿膜，由于膜中的可动离子产生导电性，随着湿度的增加，电离作用增强，可动离子的浓度增大，电极间电阻减小，反之，电极间的电阻增大，通过测量湿敏电阻值的变化，就可得到相应的湿度值。

三、实验所需部件：

湿敏电阻、音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表

四、实验步骤：

1、连观察湿敏电阻结构。

2、按图（4）接好测试线路，音频信号1KHZ、幅度≦2V，激励信号必须从180度端口输出，幅度严格限定≦2V。

低通滤波器输出端接电压表。

3、确认接线无误后开机，调节电桥WD电位器及移相器，使电压表指示为0，差放增益可根据系统输出大小调节。

（图4）

4、轻轻用嘴对湿敏电阻吹气，观察低通滤波器输出电压的变化。

5、近距离对传感器呵气，观察系统输出最大值及恢复过程，由此大致判断传感器的吸湿和脱湿时间。

五、注意事项：

传感器表面不能直接接触水分，不能用硬物碰擦，以免损伤感湿膜。

激励信号必须从音频180°端口接入，信号幅度严格限定≦VP-P2V