传感实验报告 姓名：王照华 准考证号：070212200200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、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： ΔR/R=Kε式中ΔR/R为电阻丝的电阻相对变化值，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，用它来转换被测部位的受力大小及状态，通过电桥原理完成电阻到电压的比例变化，输出电压U0=EKε（E为供桥电压），对单臂电桥而言，电桥输出电压，U01=EKε/4E为供桥电压）三、器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约20g）、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表(自备)四、实验步骤：实验（一）1、 根据图(1-1),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左上方的R1、R2、R3、R4标志端加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω，加热丝阻值约为50Ω左右图1-1 应变式传感器安装示意图2、实验模板差动放大器调零，方法为:①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，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置，②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电压表输入端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)，完毕关闭主控箱电源3、参考图（1-2）接入传感器，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，它与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7在模块内已连接好)，接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V(从主控箱引入)，检查接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调节Rw1，再细调RW4使数显表显示为零图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图4、在传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码并读取相应的数显表数值，记下实验结果填入表（1-1）。
重量（g）20406080100120140160180200电压（mv）3.3 6.8 10.3 13.8 17.3 20.6 24.1 27.6 30.8 34.3 5、根据表（1-1）计算系统灵敏度S：S=ΔV/ΔW(ΔV为输出电压平均变化量；ΔW重量变化量)，计算非线性误差：δf1=Δm/yF·S×100%，式中Δm为输出电压值(多次测量时为平均值)与拟合直线的最大电压偏差量：yF·S为满量程时电压输出平均值 计算系统灵敏度S S=△V/△W=（34.3-3.3）/9/20=0.172ｍｖ／ｇ五、思考题： 单臂电桥时，作为桥臂的电阻应变片应选用：(1)正(受拉)应变片(2)负(受压)应变片(3)正、负应变片均可以 答：（1）正（受拉）应变片 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、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/ε2，比单臂电桥灵敏度提高一倍 三、需用器件与单元：同实验一。
四、实验步骤： 1、保持实验（一）的各旋钮位置不变 2、根据图1-3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，即桥路的邻边必须是传感器中两片受力方向相反(一片受拉、一片受压)的电阻应变片接入桥路电源±4V，先粗调Rw1，再细调Rw4，使数显表指示为零注意保持增益不变 3、同实验一（4）步骤，将实验数据记入表（1）-2，计算灵敏度S=ΔV/ΔW，非线性误差δf2若实验时数值变化很小或不变化，说明R2与R1为受力状态相同的两片应变片，应更换其中一片应变片图1-3 应变式传感器半桥实验接线图表1-2，半桥测量时，输出电压与负载重量的关系重量（g)20406080100120140160180200电压（mv）6.9 13.9 20.8 27.8 34.7 41.8 48.8 55.8 63.2 70.1 五、思考题：1、 半桥侧量时两片不同受力状态的电阻应变片在接入电桥时，应放在：(1)对边？(2)邻边的位置？ 答：（2）邻边2、 桥路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误差？(2)应变片应变效应是非线性的？(3)零点偏移？ 答：测量时存在非线性误差，是因为电桥测量原理上存在非线性误，应变片应变 效应是非线性的，零点偏移共同造成的。
实验三 金属箔式应变片全桥性能实验一、实验目的：了解全桥测量电路的优点二、基本原理：全桥测量电路中，将受力状态相同的两片应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，应变片初始阻值是R1= R2= R3=R4，当其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时，桥路输出电压U03=KEε，比半桥灵敏度又提高了一倍，非线性误差进一步得到改善三、需用器件和单元：同实验一四、实验步骤：1、保持实验（二）的各旋钮位置不变2、根据图1-4接线，将R1、R2、R3、R4应变片接成全桥，注意受力状态不要接错调节零位旋钮Rw1，并细调Rw4使电压表指示为零，保持增益不变，逐一加上砝码将实验结果填入表1-3；进行灵敏度和非线性误差计算图1-4 全桥性能实验接线图1-3，全桥测量时,输出电压与负载重量的关系重量（g）20406080100120140160180200电压（mv）13.9 27.7 41.7 55.5 69.4 83.3 97.2 110.6 124.8 138.9 五、思考题：1、 全桥测量中，当两组对边(R1、R3)电阻值相同时，即R1= R3, R2= R4,而R1≠R2时，是否可以组成全桥：(1)可以,(2)不可以。
答：（1）可以 2、程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻图1-5 应变式传感器受拉时传感器圆平面展开图答：第一幅图不能组成电桥，第二幅可以组成双臂电桥 第一幅图应变片都没顺着力的方向摆放，所以力对应变片产生形变不大，电阻改 变不大，相当于4个恒定电阻第二幅图R3和R4顺着力的方向，力对其形变改变较大，可当作应变计，而R2和R1可当做恒定电阻，组成双臂桥实验四 电容式传感器的位移实验 一、实验目的：了解电容式传感器的结构及其特点二、基本原理：利用平板电容C=εA/d的关系,在ε（介电常数）、A（极板面积）、d（极板距离）三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，就可使电容的容量(C)发生变化，通过相应的测量电路，将电容的变化量转换成相应的电压量,则可以制成多种电容传感器，如：①变ε的湿度电容传感器②变d的电容式压力传感器③变A的电容式位移传感器本实验采用第③种电容传感器,是一种圆筒形差动变面积式电容传感器图4-1 电容传感器位移实验接线图 三、器件与单元：电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、移相/相敏检波/滤波模板、数显单元、直流稳压电源。
四、实验步骤： 1、按图3-1将电容传感器装于电容传感器实验模板上 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4-1 3、将电容传感器实验模板的输出端V01与数显电压表Vi相接，电压表量程置2V档，Rw调节到中间位置 4、接入±15V电源，将测微头旋至10mm处，活动杆与传感器相吸合，调整测微头的左右位置，使电压表指示最小，并将测量支架顶部的镙钉拧紧，旋动测微头，每间隔0.2mm记下输出电压值(V)，填入表4-1将测微头回到10mm处，反向旋动测微头，重复实验过程 表4-1电容式传感器位移与输出电压的关系 X（mm）88.28.48.68.899.29.49.69.810V（mv）34.330.52723.620.216.913.410.46.83.4 0.0 X（mm）1211.811.611.411.21110.810.610.410.2V（mv）-30.7-27.7-24.8-21.6-18.5-15.6-12.4-9.4-6.2-3.15、 根据表4-1数据计算电容传感器的灵敏度S和非线性误差δf，分析误差来源。
灵敏度S=△v/△x=(34.3+3.1)/19/0.2=9.84mv/mm 误差来源：（1）原理上存在非线性误差 （2）电容式传感器产生的效应是非线性的 (3 ) 零点偏移五、思考题：试设计一个利用ε的变化测谷物湿度的电容传感器？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？ Dd电极棒容器壁答：（1）谷物湿度的变化会引起介电常数ε变化，电容变化和介电常数ε变化的关系：△C=2π△εA/δ（A和δ已知） （2）图所示电容式谷物传感器，用来测量谷物湿度由于谷物摩擦力较大，容易滞留，故一般不采用双层电极，而用电极棒和容器壁组成电容传感器两极实验五 直流激励时接触式霍尔位移传感器特性实验（注：如您的霍尔位移传感器无活动杆，即为非接触式，请按最后附录实验进行）一、 实验目的：了解霍尔式位移传感器原理与应用二、基本原理：根据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，保持KH、I不变，若霍尔元件在梯度磁场B中运动，且B是线性均匀变化的，则霍尔电势UH也将线性均匀变化，这样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、线性霍尔位移传感器、直流电,±源±4V、15Ｖ4、测微头、数显单元。
四、实验步骤：1、 将霍尔传感器按图5-1安装霍尔传感器与实验模板的连接按图5-2进行①、③为电。