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1、传感器技术实验实 验 指 导 书适用专业：电气自动化湖南交通工程学院 前 言传感器技术课程，在高等理工科院校测控技术与仪器类各专业的教学计划中，是一门重要的专业基础课，而传感器技术实验课程是完成本课程教学的重要环节。其主要任务是通过实验巩固和消化课堂所讲授理论内容的理解，掌握常用传感器的工作原理和使用方法，提高学生的动手能力和学习兴趣。其目的是使学生掌握非电量检测的基本方法和选用传感器的原则，熟悉各种传感器与检测技术的关系，以及各类在工程中的实际应用，拓宽学生的知识领域，锻炼学生的实践技能，培养学生独立处理问题和解决问题的能力，培养学生科学的工作作风。本实验开设实验总学时数：16，开设实验总个
2、数： 8 个，课内选做2个。实验内容有：金属箔式应变计性能应变电桥、双孔应变传感器称重实验、温度传感器热电偶测温实验、温度传感器铂热电阻、电感式传感器差动变压器性能、电感传感器差动螺管式传感器位移测量、霍尔式传感器直流激励特性、电容式传感器性能等。其中双孔应变传感器称重实验、电感传感器差动螺管式传感器位移测量为综合性实验。课内选做实验有：差动变压器的应用电子秤、电涡流传感器静态标定。其他仪器与仪表专业也选择其中的2个或3个较为典型的传感器实验作为课内实验。目 录实验一 金属箔式应变计性能应变电桥3实验二 双孔应变传感器称重实验6实验三 温度传感器热电偶测温实验8实验四 温度传感器铂热电阻11实
3、验五 电感式传感器差动变压器性能13实验六 电感传感器差动螺管式传感器位移测量15实验七 霍尔式传感器直流激励特性17实验八 电容式传感器性能19实验九 差动变压器的应用电子秤21实验十 电涡流传感器静态标定23附录A 实验仪器简介25附录B 实验操作须知27实验一：金属箔式应变计性能应变电桥实验学时：2实验类型：（验证）实验要求：（必修）一、实验目的1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。 2、测试应变梁变形的应变输出。3、比较各桥路间的输出关系。 二、实验内容本实验主要了解和掌握箔式应变片及直流电桥的原理和工作情况。三、实验原理、方法和手段 应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，
4、应变片要牢固地粘贴在测试体表面，测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。 电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为R1/ R1、R2/ R2、R3/ R3、R4/ R4 ，当使用一个应变片时，；当二个应变片组成差动状态工作，则有；用四个应变片组成二个差动对工作，且R1= R2= R3= R4=R，。四、实验组织运行要求本实验采用以学生自主训练为主的开放模式组织教学。五、实验条件直流稳压电源+4V、公共电路模块（一）
5、公共电路模块、贴于主机工作台悬臂梁上的箔式应变计、螺旋测微仪、数字电压表。六、实验步骤1、连接主机与模块电路电源连接线，差动放大器增益置于最大位置（顺时针方向旋到底），差动放大器“+”“”输入端对地用实验线短路。输出端接电压表2V档。开启主机电源，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，调零后模块上的“增益、调零”电位器均不应再变动。（图1）2、观察贴于悬臂梁根部的应变计的位置与方向，按图（1）将所需实验部件连接成测试桥路，图中R1、R2、R3分别为固定标准电阻，R为应变计（可任选上梁或下梁中的一个工作片），图中每两个节之间可理解为一根实验连接线，注意连接方式，勿使直流激励电源
6、短路。将螺旋测微仪装于应变悬臂梁前端永久磁钢上，并调节测微仪使悬臂梁基本处于水平位置。3、确认接线无误后开启主机，并预热数分钟，使电路工作趋于稳定。调节模块上的WD电位器，使桥路输出为零。4、用螺旋测微仪带动悬臂梁分别向上和向下位移各5mm ,每位移1mm记录一个输出电压值，并记入下表：位移mm 电压V根据表中所测数据在坐标图上做出VX曲线，计算灵敏度S： S=七、思考题 比较各桥路间的输出关系。八、实验报告实验报告簿应事先准备好，用来做预习报告、实验记录和实验报告，要求这三个过程在一个实验报告中完成。九、其它说明1、实验前应检查实验连接线是否完好，学会正确插拔连接线，这是顺利完成实验的基本保
7、证。2、由于悬臂梁弹性恢复的滞后及应变片本身的机械滞后，所以当螺旋测微仪回到初始位置后桥路电压输出值并不能马上回到零，此时可一次或几次将螺旋测微仪反方向旋动一个较大位移，使电压值回到零后再进行反向采集实验。3、实验中实验者用螺旋测微仪进行位移后应将手离开仪器后方能读取测试系统输出电压数，否则虽然没有改变刻度值也会造成微小位移或人体感应使电压信号出现偏差。4、因为是小信号测试，所以调零后电压表应置2V档，用计算机数据采集时应选用200mv量程。实验二：双孔应变传感器称重实验实验学时：2实验类型：（综合）实验要求：（必修）一、实验目的1、 比较各桥路间的输出关系2、 几种桥路的性能比较3、 桥路电
8、路的实际应用二、实验内容本实验主要是在实验1的基础上进一步了解和掌握几种桥路的性能，以及桥路的实际应用。知识点：应变电桥 差动的概念 几种电桥的输出比较 电桥的实际应用三、实验原理、方法和手段 本实验选用的是标准商用双孔悬臂梁式称重传感器，四个特性相同的应变片贴在如图所示位置，弹性体的结构决定了R1和R3、R2 和R4的受力方向分别相同，因此将它们串接就形成差动电桥。当弹性体受力时，根据电桥的加减特性其输出电压为：。四、实验组织运行要求本实验采用以学生自主训练为主的开放模式组织教学。五、实验条件直流稳压电源、双孔悬臂梁称重传感器、公共电路模块（一）公共电路模块，称重砝码（20克/个）、数字电压
9、表。（图2）六、实验步骤1、观察称重传感器弹性体结构及贴片位置，连接主机与实验模块的电源连接线，开启主机电源，调节放大器调零电位器使无负载时的称重传感器输出为零。2、接好传感器测试系统线路，称重传感器工作电压选用+4V，差动放大器增益为最大（100倍），输出端接电压表。调节电桥WD调零电位器使无负载时的称重传感器输出为零。3、逐步将砝码放上称重平台，调节增益电位器，使V0端输出电压与所称重量成一比例关系，记录W（克）与V（mv）的对应值，并填入下表：W(克)V（mv） 4、记录W与V值，并做出W-V曲线，进行灵敏度、线性度与重复性的比较。5、与双平行悬臂梁组成的全桥进行性能比较。七、思考题比较
10、三种桥路的灵敏度。八、实验报告实验报告簿应事先准备好，用来做预习报告、实验记录和实验报告，要求这三个过程在一个实验报告中完成。九、其它说明称重传感器的激励电压请勿随意提高。注意保护传感器的引线及应变片使之不受损伤。实验三：温度传感器热电偶测温实验实验学时：2实验类型：（验证）实验要求：（必修）一、实验目的了解和掌握温度传感器-热电偶的测温原理和方法。 二、实验内容1、 观察热电偶的结构2、 热电偶测温回路的连接。3、 热电偶的测量温度和输出电压的关系三、实验原理、方法和手段 由两根不同质的导体熔接而成的闭合回路叫做热电回路，当其两端处于不同温度时则回路中产生一定的电流，这表明电路中有电势产生，
11、此电势即为热电势。（图3）图（3）中T为热端，To为冷端，热电势Et=本实验中选用两种热电偶镍铬镍硅（K）和镍铬铜镍（E）。四、实验组织运行要求本实验采用以采用集中授课形式模式组织教学。五、实验条件K、E分度热电偶、温控电加热炉、温度传感器实验模块、位数字电压表。六、实验步骤1、观察热电偶结构（可旋开热电偶保护外套），了解温控电加热器工作原理。温控器：作为热源的温度指示、控制、定温之用。温度调节方式为时间比例式，绿灯亮时表示继电器吸合电炉加热，红灯亮时加热炉断电。温度设定：拨动开关拨向“设定”位，调节设定电位器，仪表显示的温度值随之变化，调节至实验所需的温度时停止。然后将拨动开关扳向“测量”侧
12、，（注：首次设定温度不应过高，以免热惯性造成加热炉温度过冲）。2、首先将温度设定在50左右，打开加热开关，加热电炉电源插头插入主机加热电源出插座，热电偶插入电加热炉内，K分度热电偶为标准热电偶，冷端接“测试”端，E分度热电偶接“温控”端，注意热电偶极性不能接反，而且不能断偶，位万用表置200mv档，当钮子开关倒向“温控”时测E分度热电偶的热电势，并记录电炉温度与热电势E的关系。3、因为热电偶冷端温度不为0，则需对所测的热电势值进行修正 E（T，To）=E(T,t1)+E(T1,T0)实际电动势 测量所得电势 温度修正电势查阅热电偶分度表，上述测量与计算结果对照。4、继续将炉温提高到70、90、
13、110和130，重复上述实验，观察热电偶的测温性能。七、思考题热电偶温度的大小与实际电动势与分度表值误差的关系？八、实验报告实验报告簿应事先准备好，用来做预习报告、实验记录和实验报告，要求这三个过程在一个实验报告中完成。九、其它说明加热炉温度请勿超过150，当加热开始，热电偶一定要插入炉内，否则炉温会失控，同样做其它温度实验时也需用热电偶来控制加热炉温度。因为温控仪表为E分度，所以当钮子开关倒向“测试”方接入K分度热电偶时，数字温度表显示的温度并非为加热炉内的温度。实验四：温度传感器铂热电阻实验学时：2实验类型：（验证）实验要求：（必修）一、实验目的了解和掌握温度传感器-铂热电阻的测温原理和方
14、法。 二、实验内容1、观察铂热电阻的结构2、 铂热电阻测温回路的连接。3、 铂热电阻的测量温度和输出电压的关系三、实验原理、方法和手段 铂热电阻测温范围一般为-200650 ，铂热电阻的阻值与温度的关系近似线性，当温度在0T650时，RT=R0（1+AT+BT2）式中RT铂热电阻T时的电阻值RO铂热电阻在0时的电阻值A系数（=3.9684710-31/）B系数（-5.84710-71/2）将铂热电阻作为桥路中的一部分在温度变化时电桥失衡便可测得相应电路的输出电压变化值。四、实验组织运行要求本实验采用以采用集中授课形式模式组织教学。五、实验条件铂热电阻（Pt100）、加热炉、温控器、温度传感器实验模块（一）、温度传感器实验模块、数字电压表、水银温度计或半导体点温计。六、实验步骤1、观察已置于加热炉顶部
