传感器2013实验指导书

实验指导书

精仪学院

传感技术与测控电学实验室

2013 年12 月

实验一 金属箔式应变片性能

实验目的：

了解金属箔式应变片的工作原理，验证单臂电桥、半桥、全桥的性能及相互之间关系。 所需部件：

直流稳压电源、实验板、应变片式传感器、砝码和数字式万用表。 一、全桥实验 实验步骤：

1.用数字万用表测量应变式传感器的应变片电阻R1、R2、R3、R4。应变片电阻的阻值约为350Ω。

图1 全桥电路

3.系统调零：按上图1接线，形成全桥，开启电源，预热几分钟后调节RW1使电压表显示为零。

4.差放增益调节：将200g砝码轻轻放到秤盘上，调节RW2，改变差放增益，使电压表显示值为200mV。之后取下砝码，电压表应显示0，若不为零，再次调节RW1使输出为零。反复调节RW1、RW2，使输出正确。增益调好后不再变化。

5.测量：每次增加20g砝码，记录输出，将电压表读数记录在表1中。每20g记一个数

表1 全桥数据

砝码重量g 电压（mV） 6. 根据测量结果计算传感器的灵敏度，S＝ΔV／Δ。 7. 实验完毕，关闭电源。

注意事项：

1. 在连接电路时应将电源关闭。

2. 直流稳压电源±5V,不能过大，以免损坏应变片。 3.4.

实验过程中输出不能过大。差动放大器增益调整后应重新调零。 接全桥时请注意区别各应变片的工作状态。

实验二 差动变压器

实验目的：

1. 了解差动变压器的原理工作和特性。

2. 说明如何使用适当的电路对残余电压进行补偿。 基本原理：

1. 差动变压器是由一只初级线圈和二只次级线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二节式和三节式，本试验采用三节式结构。当一次线圈接入激励电压后，二次线圈将产生感应电动势，这种互感变化称之为差动变压器。

2. 这种传感器的二次线圈有两个，一个感应电势增加，另一个感应电势则减少，将两只次级反向串接(同名端连接)，这种接线方式就称之为差动变压器。

3. 由于差动变压器二次线圈的等效参数不对称，一次线圈的纵向排列的不均匀性，二次的不均匀、不一致，铁芯特性的非线性等，因此在铁芯处于差动线圈中间位置时其输出电压并不为零，称为零点残余电压。 实验所需部件：

音频振荡器、测微头、差动变压器、双线示波器、数字式万用表、电桥、差动放大器、

图1 差动变压器性能

一、差动变压器的性能 实验步骤：

1、按图1接线，示波器第一通灵敏度500mV/cm，第二通道灵敏度20mV/cm。

2、调节信号源的频率，输出频率为4-5KHz，调节输出幅度旋钮，使输入到初级线圈的电压VP-P为2V。（可用示波器监测） 3、旋动测微头，带动铁氧体磁芯在差动线圈中左右运动时，观察示波器中显示的初级线圈波形、次级线圈波形。当次级波形输出变化很大基本能过零点，而且相位与初级线圈波形比较，同相或反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接线直到正确为止。 4、注意线圈初、次级的相应关系：当铁芯从左至右时，相位由反相变为同相。 5、仔细调节测微头使示波器第二通道的的波形峰—峰值VP-P最小，输出电压为差动变压器的零点残余电压，记录输出最小时的位置及该最小值。

6、左右移动测微头，假设其中一个方向为正位移，另一方向位移为负，从VP-P最小开始旋动测微头，每隔0.5mm从示波器上读出输出电压的UOP-P值填入下表。

X（mm） U0(V) 7、再从VP-P最小处注意左、右位移时，初级、次级波形的相位关系。可以看出它与输入电压的相位差约为

?，因此是正交分量。 28、根据所得结果，画出UO一X曲线，求出灵敏度，S=ΔU/ΔX，指出线性范围。

二、零点残余电压补偿

图2 零点残余电压补偿电路

实验步骤：

1、按图2接线。示波器第一通道灵敏度500mV/cm，信号源输出4-5KHz正弦，UOP-P2V。第二通道灵敏度2-20mV/cm，将差放增益旋动调到最大100倍，并将差动放大器两输入对地短路调零。

2、调整测微头，使差动放大器输出电压VP-P最小。 3、调整电桥的WD、WA使输出电压进一步减小。（注意：2、3步要重复几次才能找到最小零点残余电压位置） 4、提高示波器通道二的灵敏度，观察零残电压的波形，注意与激励电压相比较。 5、从示波器上观察差动变压器的零点残余电压值（峰—峰值）V0 P-P，(注意：这时的零点残余电压是经过放大后的零点残余电压，实际零点残余电压= V零点 P-P/K，K为放大倍数)。 6、可以看出，经过补偿后的残余电压波形是一不规则波形，这说明波形中有高频成分存在。

数字温度计安装与调试

一、实训目的

根据专业培养目标的要求，综合利用所学的书本知识，自己动手完成一只数字体温计的安装调试训练，培养独立分析问题、解决问题的能力，为今后毕业设计和毕业后参加工作打下一个坚实的基础，完善素质、技能、个性的人才培养模式。 二、实训内容

设计一个数字温度计，测量范围：0℃~ 50℃。有加热制冷控制灯显示，工作原理框图如图1所示。 三、实验设备：

1. 直流稳压电源（±5V）； 2. 水银温度计（-10°C ~ 100°C） 3. 三位半数字万用表；

4. 面包板及常用工具等。 图1体温计工作原理框图 四、实验提示

安装、调试单元及整机电路。在电路调试过程中首先应对电路进行调零、定标，然后再对电路进行稳定性、漂移（零漂、温漂）、重复性、线性等参数的测试和分析。参考电路如图2所示。

1．安装U2A及外围电路。D1二极管需要焊接二根长线，引出电路板。接好电路之后，检查无误，方可通电。给D1加热，测量U2A的输出电压V01约为3.01V，用手摸一下传感器，随着温度的升高，V01降低。此时电压表显示读数小于3.01V时，则确认正确。

2．安装U2B及外围电路。W1为调零电位器, W2为调增益电位器，检查无误，接通电源，用数字万用表监测U2B输出电压V02的变化。在室温下调节W1，使V02为室温时的电压输出，约200mV（当量为10mV/℃）。调节W2，用手摸传感器时V02的值大于室温时的值，达到300mV以上，则确认U2B的输出正确。

3．AD转换与显示单元

模拟数字转换部分选用三位半的ICL7107芯片，用以驱动共阳极数码管LED。ICL7107为高性能、低电源三位半的A/D变换器，输入电流为1PA，噪声<150uV(P-P)，功耗<10mW。其管脚如图3所示。

按图2连接U1单元外围电路。检查无误，接通电源，调整W3使ICL7107芯片的364．调零与定标

无异常情况下，先把传感器插入冰水混合物中，调节W1使数码管读数为00. 0°C；再插入40~ 50°C水中，调节W2，使数码管读数为40~ 50.0°C。反复调节这两个电位器直到满足要求。

5．测量

测量0°C ~ 50°C温度值，记录数码管显示的数据，并和标准体温计测得的温度值比较。作图分析线性与误差。

脚基准电压为1V。无异常的情况下，短路IN+和IN-，查看数字显示部分是否显示00.0。

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