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1、 开开 放放 式式 传传 感感 器器 实实 验验 箱箱 指指 导导 书书- 1 -目目 录录_Toc328386356一、电桥性能实验.- 2 -直流电桥原理.- 2 -实验一 金属箔式应变片单臂电桥性能实验.- 6 -实验二 金属箔式应变片半桥性能实验.- 10 -实验三 金属箔式应变片全桥性能实验.- 13 -实验四 直流全桥的应用称重实验.- 15 -二、光电传感器.- 17 -实验一 光敏电阻的特性实验.- 17 -实验二 光敏电阻的光测量实验.- 20 -实验三 光敏二极管的光测量实验.- 23 -实验四 光敏三极管的光特性实验.- 26 -实验五 光电开关的测速实验.- 29 -三
2、、温度传感器.- 32 -实验一 铂电阻温度传感器的特性及温度测量.- 32 -实验二 K 型热电偶的特性及温度测量.- 35 -实验三 二极管温度传感器的特性及温度测量.- 38 -实验四 三极管温度传感器的特性及温度测量.- 41 -实验五 集成温度传感器的特性及温度测量.- 44 -四、其他传感器.- 46 -实验一 霍尔开关传感器测速实验.- 46 -实验二 噪声传感器环境噪声测量实验.- 49 -五、附录.- 52 -附录一 PT1000 分度表.- 52 -附录二 K 型热电偶分度表.- 56 - 2 -一、电桥性能实验一、电桥性能实验直流电桥原理直流电桥原理在进行金属箔式应变片单
3、臂、半桥、全桥性能实验之前，我们有必要先来介绍一下直流电桥的相关知识。电桥电路有直流电桥和交流电桥两种。电桥电路的主要指标是桥路灵敏度、非线性和负载特性。下面具体讨论有关直流电路和与之相关的这几项指标。一、平衡条件一、平衡条件 直流电桥的基本形式如图 1-1 所示。，为电桥的桥臂电阻，为其1R2R3R4RLR负载（可以是测量仪表内阻或其他负载） 。当时，电桥的输出电压 应为 LR0V 434212 0RRR RRREV当电桥平衡时，=0，由上式可得到 = 0V1R4R2R3R或（1-1）4321 RR RR图 1-1式（1-1）秤为电桥平衡条件。平衡电桥就是桥路中相邻两桥臂阻值之比应相等，桥路
4、相邻两臂阻值之比相等方可使流过负载电阻的电流为零。 二、平衡状态二、平衡状态 1.单臂直流电桥单臂直流电桥 - 3 -所谓单臂就是电桥中一桥臂为电阻式传感器，且其电阻变化为，其它桥臂阻值固定R不变，这时电桥输出电压0（此时电桥为开路状态） ，则不平衡电桥输出电压为 ：0V0V 43422122 0RRR RRRRREV整理得：（1-2）ERR RR RRRR RRV 43212222430 11设桥臂比 n= ，由于，分母中 可忽略，输出电压便为： 21 RR2R2R22 RRERR RRRR RRV 432122430 11这是理想情况，式（1-2）为实际输出电压，由此可求出电桥非线性误差。
5、实际的非线性特性曲线与理想线性曲线的偏差秤为绝对非线性误差。则其相对线性误差为： r（1-3） nRRRRRR RRRRVVVr222221222200011由此可见，非线性误差与电阻相对变化 有关，当较大时，就不可忽略误差22 RR22 RR了。下面来看电桥电压灵敏度。在式（1-2）中，忽略分母中项，并且考虑到起始VS22 RR平衡条件 ，从式（1-2）可以得到： 4321 RR RR（1-4） 22 2 01RR nnEV 电桥灵敏度的定义为 ：（1-5） EnnRRVRRVSV2220221 当 n=1 时，可求得最大。也就是说，在电桥电压 E 确定后，当=，=VS1R2R3R时，电桥电
6、压灵敏度最高。此时可分别将式（1-2） 、 （1-3） 、 （1-4） 、 （1-5）化简为 ：4R- 4 - 5 -（1-6）2222 02111 41RRRREV（1-7） 22222RRRRr （1-8）22 041 RREV（1-9）ESV41由上面四式可知，当电源电压 E 和电阻相对变化一定时，电桥的输出电压，22 RR0V非线性误差 r，电压灵敏度也是定值，与各桥臂阻值无关。vS2差动直流电桥（半桥式）差动直流电桥（半桥式） 若图 1-1 中支流电桥的相邻两臂为传感器，即和为传感器，并且其相应变化为1R2R和，则该电桥输出电压0，当=，=，=时，则得： 1R2R0V1R2R1R2R
7、3R4R22 021 RREV上式表明，与成线性关系，比单臂电桥输出电压提高一倍，差动电桥无非线性0V22 RR误差，而且电压灵敏度为： VSESV21比使用一只传感器提高了一倍，同时可以起到温度补偿的作用。3.3.双差动直流电桥（全桥式）双差动直流电桥（全桥式）若图1-1中直流电桥的四臂均为传感器，则构成全桥差动电路。若满足=则输出电压和灵敏度为：1R2R3R4R22 0RREVESV由此可知，全桥式直流电桥是单臂直流电桥的输出电压和灵敏度的4 倍，是半桥式直流电桥的输出电压和灵敏度的2倍。- 6 -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、实验内容及原理二、实验内容及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： = RRK式中为电阻丝电阻相对变化，为应变灵敏系数，=为电阻丝长度相对变化， RRK LL金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺
