新版本传感器实验指导书

湖南生物机电职业技术学院 自动检测实验指导书

目 录

目 录 .............................................................................................................................................. 1

实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 ............................................................... 2 实验二 金属箔式应变片——半桥性能实验 ....................................................................... 4 实验三 金属箔式应变片——全桥性能实验 ....................................................................... 6 实验四 移相实验 ................................................................................................................... 8 实验五 相敏检波实验 ......................................................................................................... 10 实验六 交流全桥性能测试实验 ......................................................................................... 13 实验七 差动变压器性能实验 ............................................................................................. 15 实验八 差动变压器零点残余电压补偿实验 ..................................................................... 17 实验九 差动电感式传感器位移特性实验 ......................................................................... 19 实验十 电容式传感器的位移特性实验 ............................................................................. 21 实验十一 霍尔传感器的位移特性实验 ............................................................................. 23 实验十二 磁电式传感器的测振动实验 ............................................. 错误！未定义书签。 实验十三 电涡流传感器的位移特性实验 ......................................................................... 26 实验十四 光纤传感器位移特性实验 ................................................................................. 28 实验十五 光电转速传感器的转速测量实验 ..................................................................... 28 实验十六 铂热电阻温度特性测试实验 ............................................................................. 31 实验十七 K型热电偶测温实验 ......................................................................................... 32 实验十八 正温度系数热敏电阻（PTC）温度特性测试实验 .......................................... 35 实验十九 负温度系数热敏电阻（NTC）测温实验 ......................................................... 36 实验二十 PN结温度特性测试实验 ................................................................................... 37 实验二十一 气敏（酒精）传感器实验 ............................................................................. 38 实验二十二 湿敏传感器实验 ............................................................................................. 39

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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、实验仪器

双杆式悬臂梁应变传感器、F/V表、±4V电源、差动放大器、电压放大器、万用表（自备） 三、实验原理

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

?R?k?? （1-1） R式中

?R为电阻丝电阻相对变化； Rk为应变灵敏系数；

???l为电阻丝长度相对变化。 l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组件。如图1-1所示，将四个金属箔应变片(R1、R2、R3、R4)分别贴在双杆式悬臂梁弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随悬臂梁形变被拉伸或被压缩。

图1-1 双杆式悬臂梁称重传感器结构图

通过这些应变片转换悬臂梁被测部位受力状态变化，可将应变片串联或并联组成电桥。电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示R6=R7=R7=R为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压

U0?E?R/R? （1-2）

1?R41??2RE为电桥电源电压；

式1-2表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=?1?R??100%。 2R2

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图1-2 单臂电桥面板接线图a

调零。按图只接好“差动放大器”和“电压放大器”部分，将“差动放大器”的输入端短接并与地相连，“电压放大器”输出端F/V表（选择V，200mV档），开启直流电源开关。将“差动放大器”增益电位器与“电压放大器”增益电位器调至最大位置（顺时针最右边），调节调零电位器使F/V表显示为0V。关闭直流开关电源。（两个增益调节的位置确定后不能改动）

图1-2 单臂电桥面板接线图b

＋4V R R2 ＋ WD －4V R3 R1 － V 调零。开启仪器电源，差动放大器增益置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。

如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居“零”位。拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。调零后关闭仪器电源。 四、实验内容与步骤

1．悬臂梁上的各应变片已分别接到调理电路面板左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。

2．按上述要求进行系统放大电路部分调零处理。

3．按图1-2接好所有连线，将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R6、R7、R5构成一个单臂直流电桥。电桥输出接到“差动放大器”的输入端，电压放大器的输出接

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湖南生物机电职业技术学院 自动检测实验指导书 F/V表。预热五分钟。

4．将千分尺向下移动，使应变梁处于平直状态，调节Rw1使F/V表显示为零（采用V，200mV档）。

5．移动千分尺向下移0.5mm，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到向下移动5mm，记录实验数据填入表1-1。

表1-1 重量(g) 电压(mV) 五、实验报告

6．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。

1．根据实验所得数据计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）； 六、注意事项

实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！

实验二 金属箔式应变片——半桥性能实验

一、实验目的

比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。 二、实验仪器

同实验一 三、实验原理

不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图2-1。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为

E?k??E?R U0? （2-1） ??22R式中

?R为电阻丝电阻相对变化； Rk为应变灵敏系数；

???l为电阻丝长度相对变化； lE为电桥电源电压。

式2-1表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。

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图2-1 半桥面板接线图

四、实验内容与步骤

1．应变传感器已安装在悬臂梁上，可参考图1-1。

2．按图2-1接好“差动放大器”和“电压放大器电路”。“差动放大器”调零，参考实验一步骤2。

3．按图2-1接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边。 4．将千分尺下移至应变梁并使其处于平行状态，参考实验一步骤4。

5．移动千分尺向下移0.5mm，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到向下移动5mm，记录实验数据填入表2-1。

表2-1 重量(g) 电压(mV) 五、实验报告

6．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。

根据所得实验数据，计算灵敏度S=ΔU/ΔW和半桥的非线性误差δf2。 六、思考题

引起半桥测量时非线性误差的原因是什么？ 七、注意事项

实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过 大，以免造成应变传感器的损坏！

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