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1、自自 动动 检检 测测 技技 术术实 验 指 导 书2013.112目目 录录实验一 金属箔式应变片单臂电桥性能实验实验二 金属箔式应变片半桥性能实验实验三 金属箔式应变片全桥性能实验实验四 直流全桥的应用电子秤实验实验五 交流全桥的应用振动测量实验实验六 扩散硅压阻压力传感器差压测量实验实验七 差动变压器的性能实验实验八 差动变压器零点残余电压补偿实验实验九 激励频率对差动变压器特性的影响实验实验十 差动变压器的应用振动测量实验实验十一 电容式传感器的位移特性实验实验十二 电容传感器动态特性实验实验十三 直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验实验十四 交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验实验十
2、五 霍尔测速实验实验十六 霍尔式传感器振动测量实验实验十七 磁电式转速传感器的测速实验 实验十八 压电式传感器振动实验实验十九 电涡流传感器的位移特性实验实验二十 被测体材质、面积大小对电涡流传感器的特性影响实验实验二十一 电涡流传感器测量振动实验实验二十二 光纤传感器的位移特性实验实验二十三 光纤传感器的测速实验实验二十四 光纤传感器测量振动实验实验二十五 光电转速传感器的转速测量实验实验二十六 PT100 温度控制实验实验二十七 集成温度传感器的温度特性实验实验二十八 铂电阻温度特性实验实验二十九 热电偶测温实验实验三十 E 型热电偶测温实验实验三十一 热电偶冷端温度补偿实验实验三十二 气
3、敏传感器实验实验三十三 湿敏传感器实验实验三十四 转速控制实验*3实验一实验一 金属箔式应变片金属箔式应变片单臂电桥性能实验单臂电桥性能实验一、实验目的：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：二、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、15V、4V 电源、万用表（自备） 。三、实验原理：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/R=K，式中 R/R 为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数，=l/l 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
4、成的应变敏感组件，如图 1-1 所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。图 1-1图 1-2通过这些应变片转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图 1-2 所示 R5、R6、R7 为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压4Uo= （1-1）RRRRE 211/ 4E 为电桥电源电压，R 为固定电阻值，式 1-1 表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=。%10021RR四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤1应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的 R1、R2、R3、R4 上
5、，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350。2差动放大器调零。从主控台接入15V 电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端 Ui 短接并与地短接，输出端 Uo2接数显电压表（选择 2V 档） 。将电位器Rw4 调到增益最大位置（顺时针转到底） ，调节电位器 Rw3 使电压表显示为 0V。关闭主控台电源。 （Rw3、Rw4 的位置确定后不能改动）3按图 1-2 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R5、R6、R7 构成一个单臂直流电桥。4加托盘后电桥调零。电桥输出接到差动放大器的输入端 Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，预热五分钟，调节
6、 Rw1 使电压表显示为零。5在应变传感器托盘上放置一只砝码，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 200g 砝码加完，记下实验结果，填入下表 1-1，关闭电源。表 11重量(g)电压(mV)五、实验报告五、实验报告根据表 11 计算系统灵敏度 SU/W（U 输出电压变化量，W 重量变化量）和非线性误差 f1=m/yF.S 100，式中 m 为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；yFS为满量程（200g）输出平均值。六、注意事项六、注意事项加在应变传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！5实验二实验二 金属箔式应变片金属箔式应变片半桥性能实验半桥性能实
7、验一、实验目的一、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：二、实验仪器：同实验一三、实验原理：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Uo=EK/2 = （2-1）RRE 2E 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。四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤1应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图 1-1。2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
8、入电桥的邻边。4加托盘后电桥调零，参考实验一步骤 4。5在应变传感器托盘上放置一只砝码，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 200g 砝码加完，记下实验结果，填入下表，关闭电源。表 2-1重量(g)电压(mV)五、实验报告五、实验报告根据表 2-1 的实验资料，计算灵敏度 L=U/W，非线性误差 f2六、思考题六、思考题引起半桥测量时非线性误差的原因是什么？图 2-16实验三实验三 金属箔式应变片金属箔式应变片全桥性能实验全桥性能实验一、实验目的：一、实验目的：了解全桥测量电路的优点。二、实验仪器：二、实验仪器：同实验一。三、实验原理：三、实验原理：全桥测量电路中，将受力性
9、质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出：Uo=KE （3-1）E 为电桥电源电压，式 3-1 表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤1应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图 1-1。2差动放大器调零，参考实验一步骤 2。图 3-13按图 3-1 接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两对应变片分别接入电桥的邻 边。4加托盘后电桥调零，参考实验一步骤 4。 5在应变传感器托盘上放置一只砝码，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 200
10、g 砝码加完，记下实验结果，填入下表 3-1，关闭电源。表 3-1重量(g)电压(mV)五、实验报告五、实验报告根据记录表 3-1 的实验资料，计算灵敏度 L=U/W，非线性误差 f3六、思考题六、思考题7比较单臂、半桥、全桥测量电路的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。实验四实验四 直流全桥的应用直流全桥的应用电子称实验电子称实验一、实验目的：一、实验目的：了解直流全桥的应用及电路的定标二、实验仪器：二、实验仪器：同实验一三、实验原理：三、实验原理：电子称实验原理同实验三的全桥测量原理，通过调节放大电路对电桥输出的放大倍数使电路输出电压值为重量的对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成一台
11、比较原始的电子称。四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤1按实验三的步骤 1、2、3 接好线并将差动放大器调零。2将 10 只砝码置于传感器的托盘上，调节电位器 Rw4（相当于信号取样、校准） ，使数显电压表显示为 0.200V（2V 档测量） 。3拿去托盘上所有砝码，观察数显电压表是否显示为 0.000V，若不为零，再次将差动放大器调零和加托盘后电桥调零。4重复 2、3 步骤，直到精确为止，把电压量纲 V 改为重量量纲 Kg 即可以称重。5将砝码依次放到托盘上并读取相应的数显表值，直到 200g 砝码加完，计下实验结果，填入表 4-1。6去除砝码，托盘上加一个未知的重物（不要超过 1Kg） ，
12、记录电压表的读数。根据实验数据，求出重物的重量。表 4-1重量(g)电压(V)五、实验报告五、实验报告根据计入表 4-1 的实验资料，计算灵敏度 L=U/W，非线性误差 f48实验六实验六 扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验一、实验目的：一、实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理与方法。二、实验仪器二、实验仪器压力传感器模块、温度传感器模块、数显单元、直流稳压源+5V、15V。三、实验原理三、实验原理在具有压阻效应的半导体材料上用扩散或离子注入法，摩托罗拉公司设计出 X 形硅压力传感器如右图所示：在单晶硅膜片表面形成 4 个阻值相等的电阻条。并
13、将它们连接成惠斯通电桥，电桥电源端和输出端引出，用制造集成电路的方法封装起来，制成扩散硅压阻式压力传感器。扩散硅压力传感器的工作原理：在 X 形硅压力传感器的一个方向上加偏置电压形成电流 ，当敏感芯片没有外加i压力作用，内部电桥处于平衡状态，当有剪切力作用时，在垂直电流方向将会产生电场变化，该电场的变 图 6.1 扩散硅压力传感器结构iE图化引起电位变化，则在端可得到被与电流垂直方向的两测压力引起的输出电压 Uo。 （11-1）idEdUO式中 d 为元件两端距离。实验原理图如图 6.2 所示，MPX10 有 4 个引出脚，1 脚接地、2 脚为 Uo+、3 脚接+5V 电源、4 脚为 Uo-；
14、当 P1P2 时，输出为正；P1P2 时，输出为负。四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤1接入+5V、15V 直流稳压电源，模块输出端 Vo2 接控制台上数显直流电压表，选择20V 档，打开实验台总电源。4调节 Rw2 到适当位置并保持不动，用导线将差动放大器的输入端 Ui 短路，然后调节Rw3 使直流电压表 200mV 档显示为零，取下短路导线。5气室 1、2 的两个活塞退回到刻度“17”的小孔后，使两个气室的压力相对大气压均为0，气压计指在“零”刻度处，将 MPX10 的输出接到差动放大器的输入端 Ui，调节 Rw1 使直流电压表 200mv 档显示为零。6保持负压力输入 P2 压力零不变
15、，增大正压力输入 P1 的压力到 0.01MPa，每隔0.005Mpa 记下模块输出 Uo2 的电压值。直到 P1 的压力达到 0.095Mpa；填入表 6-1。P(KP) Uo2（V）97保持正压力输入 P1 压力 0.095Mpa 不变，增大负压力输入 P2 的压力，从 0.01MPa 每隔 0.005Mpa 记下模块输出 Uo2 的电压值。直到 P2 的压力达到 0.095Mpa；填入表 6-2。P(KP) Uo2（V）8保持负压力输入 P2 压力 0.095Mpa 不变，减小正压力输入 P1 的压力，每隔 0.005Mpa记下模块输出 Uo2 的电压值。直到 P1 的压力为 0.005Mpa；填入表 6-3。P(KP) Uo2（V）9保持负压力输入 P1 压力 0Mpa 不变，减小正压力输入 P2 的压力，每隔 0.005Mpa 记下模块输出 Uo2 的电压值。直到 P2 的压力为 0.005Mpa；填入表 6-4P(KP) Uo2（V）五、实验报告五、实验报告1根据表 6-1、6-2、6-3 所得数据，计算压力传感器输入 P（P1-P2）输出 Uo2 曲线。计算灵敏度 L=U/P，非线性误差 f。图
