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1、传感器与检测技术实验指南. 实验一压阻式压力传感器的压力测量实验第一部分：压阻式压力传感器 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和方法。 二、基本原理：扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条，接成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入测量电路，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。 三、需用器件与单元：压力源(已在主控箱)、压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、流量计、三通连接导管、数显单元、直流稳压源4V、15V。 四、实验步骤： 1、这里选用的差压传感器两只气咀
2、中，一只为高压咀，另一只为低压咀。本实验模板连接见图1-1，压力传感器有4端：3端接+2V电源，1端接地线，2端为U0+，4端为U0-。1、 2、 3、4端顺序排列见图1-1。端接线颜色通过观察传感器引脚号码判别。 2、实验模板上R w2用于调节零位，R w2可调放大倍数，按图1-1接线，模板的放大器输出V02引到主控箱数显表的V i插座。将显示选择开关拨到合适档位，反复调节R w2(R w1旋到满度的1/3)使数显表显示为零。 3、先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮，开通流量计。 图1-1 压力传感器压力实验接线图 4、合上主控箱上的气源开关K3，启动压缩泵，此时可看到流量计中的滚珠 浮起悬
3、于玻璃管中。 5、逐步关小流量计旋钮，使标准压力表指示某一刻度。 6、仔细地逐步由小到大调节流量计旋钮，使在414KP之间每上升1KP 分别读取压力表读数，记下相应的数显表值列于表(1-1) 表(1-1)压力传感器输出电压与输入压力值 思考题 1、计算本系统的灵敏度和非线性误差。 2、如果本实验装置要成为一个压力计，则必须对电路进行标定，方法如下：输入4KPa气压，调节R w2(低限调节)使数显表显示0.400V，当输入12KPa气压，调节R w1(高限调节)，使数显表显示1.200V这个过程反复调节直到足够的精度即可。 3、利用本系统如何进行真空度测量？ 第二部分： 扩散硅压阻式压力传感器差
4、压测量 一、实验目的：了解利用压阻式压力传感器进行差压测量的方法。 二、基本原理：压阻式压力传感器的硅膜片受到两个压力P1和P2作用时由于它们对膜片产生的应力正好相反，因此作用在压力膜片上是P=P1-P2，从而可以进行差压测量。 三、需用器件与单元：实验八所用器件和单元、压力气囊。 四、实验步骤： 请同学们自拟一个差压测量的方法，并记录实验数据。 实验二金属箔式应变片 第一部分：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、基本原理: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
5、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、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它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，电桥的输出电压反应了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压U01=EK/4。 三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、15V电源、4V电源、万用表(自备)。 四、实验步骤： 1、根据图(2-1)应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R 2、R 3、R4。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350，
6、加热丝阻值为50左右。 图2-1 应变式传感安装示意图 2、接入模板电源15V(从主控箱引入)，检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板调节增益电位器R w3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显表电压输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V档)。关闭主控箱电源。 3、将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模板左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7模块内已连接好)，接好电桥调零电位器R w1，接上桥路电源4V(从主控箱引入)如图2
7、-2所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节R w1，使数显表显示为零。 图2-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图 4、在电子称上放置一只砝码，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500g(或200g)砝码加完。记下实验结果填入表2-1，关闭电源。 5、根据表2-1计算系统灵敏度S，S=u/W(u输出电压变化量；W 重量变化量)计算线性误差：f1=m/y FS100%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：y FS满量程输出平均值，此外为500g或200g。 五、思考题： 单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：(1)正(受拉)应变片(2)负(受压)应变
8、片(3)正、负应变片均可以。 第二部分：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、基本原理：不同受力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U02=EK/2。 三、需用器件与单元：同实验一。 四、实验步骤： 1、传感器安装同实验一。做实验(一)2的步骤，实验模板差动放大器调零。 2、根据图2-3接线。R1、R2为实验模板左上方的应变片，注意R2应和R1受力状态相反，即将传感器中两片受力相反(一片受拉、一片受压)的电阻应变片作为电桥的相邻边。接入桥路电源4V，调节电桥调零电位器R w1进
9、行桥路调零，实验步骤 3、4同第一部分中 4、5的步骤，将实验数据记入表2-2，计算灵敏度S=U/W，非线性误差f2。若实验时无数值显示说明R2与R1为相同受力状态应变片，应更换另一个应变片。 图2-3 应变片传感器半桥实验接线图 表2-2半桥测量时，输出电压与加负载重量值 五、思考题： 1、半桥侧量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：(1)对边(2)邻边。 2、桥路(差动电桥)测量时存在非线性误差，是因为：(1)电桥测量原理上存在非线性(2)应变片应变效应是非线性的(3)调零值不是真正为零。 第三部分：全桥性能实验 一、实验目的：了解全桥测量电路优点。 二、基本原理：全桥测量电
10、路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，当应变片初始阻值：R1= R2= R3=R4，其变化值R1=R2=R3=R4时，其桥路输出电压U03=KE。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。 三、需用器件和单元：同实验一。 四、实验步骤： 1、传感器安装同实验一。 2、根据图2-4接线，实验方法与实验二相同。将实验结果填入表2-3；进行灵敏度和非线性误差计算。 图2-4 全桥性能实验接线图 表2-3全桥输出电压与加负载重量值 实验三电容式传感器和光纤式传感器第一部分：电容式传感器位移特性测试 一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。 二、基本原理：
11、利用平板电容C=A/d和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度(变)测微小位移(变d)和测量液位(变A)等多种电容传感器。 三、需用器件与单元：电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源。 四、实验步骤： 1、按图3-1安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上。 图3-1 差动变压器电容传感器安装示意图 2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图3-2。 图3-2 电容传感器位移实验接线图 3、将电容传感器实验模板的输出端V01与数显表单元V i
12、相接(插入主控箱V i孔)，R w调节到中间位置。 4、接入15V电源，旋动测微头推进电容传感器动极板位置，每间隔0.2mm 记下位移X与输出电压值，填入表3-1。 5、根据表3-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差f。 五、思考题： 试设计利用的变化测谷物湿度的传感器原理及结构？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？ 第二部分:光纤传感器的位移特性实验 一、实验目的：了解光纤位移传感器的工作原理和性能。 二、基本原理：本实验采用的是导光型多模光纤，它由两束光纤组成Y型光纤，探头为半圆分布，一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦
13、即探头，它与被测体相距，由光源发出的光通过光纤传到端部射出后再经被测体反射回来，由另一束光纤接收反射光信号再由光电转换器转换成电压量，而光电转换器转换的电压量大小与间距有关，因此可用于测量位移。 三、需用器件与单元：光纤传感器、光纤传感器实验模板、数显单元、测微头、直流源15V、反射面。 四、实验步骤： 1、根据图3-3安装光纤位移传感器，二束光纤插入实验板上光电变换座孔上。其内部已和发光管及光电转换管T相接。 图3-3 光纤传感器安装示意图 2、将光纤实验模板输出端V01与数显单元相连，见图3-4。 图3-4 光纤传感器位移实验接线图 3、调节测微头，使探头与反射平板轻微接触。 4、实验模板
14、接入15V电源，合上主控箱电源开关，调R W使数显表显示为零。 5、旋转测微头,被测体离开探头,每隔0.1mm读出数显表值,将其填入表3-2。 表3-2光纤位移传感器输出电压与位移数据 6、根据表3-2数据，作光纤位移传感器的位移特性，计算在量程1mm时灵敏度和非线性误差。 五、思考题： 光纤位移传感器测位移时对被测体的表面有些什么要求？ 实验四霍尔式传感器 第一部分：直流激励时霍尔式传感器位移特性实验 一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。 二、基本原理：根据霍尔效应，霍尔电势U H=K H IB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它就可以进行位移测量。 三、需用器件与单元：霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源4V、15、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、
