传感器与检测技术实验报告

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1、传感器与检测技术”学号:姓名:序号:序号实验名称1电阻应变式传感器实验2电感式传感器实验3电容传感器实验9杨薛磊83实验一电阻应变式传感器实验（一）应变片单臂电桥性能实验一、实验目的:了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。二、基本原理:电阻应变式传感器就是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成 一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感 器主要就是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形,然后由电阻应变片将弹性 元件的变形转换成电阻的变化,再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输 出。它可用于能转化成变形的各种非电物理

2、量的检测,如力、压力、加速度、力矩、重量等, 在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。三、需用器件与单元：主机箱中的2V10V（步进可调）直流稳压电源、15V直流稳 压电源、电压表;应变式传感器实验模板、托盘、砝码；41位数显万用表（自备）。2四、实验步骤：应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重 传感器）、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模 板中的R1（传感器的左下）、R2（传感器的右下）、R3（传感器的右上）、R4（传感器的左上）为 称重传感器上的应变片输出口;没有文字标记的5个电阻符号就是空的无实体,其中4个

3、电阻 符号组成电桥模型就是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R6、R7就是350Q固定电 阻,就是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V就是传 感器上的加热器的电源输入口,做应变片温度影响实验时用。多芯插头就是振动源的振动梁 上的应变片输入口,做应变片测量振动实验时用。庄荃冲Tig1、将托盘安装到传感器上，如图14所示。图14 传感器托盘安装示意图2、测量应变片的阻值:当传感器的托盘上无重物时，分别测量应变片R1、R2、R3、R4 的阻值。在传感器的托盘上放置10只砝码后再分别测量R1、R2、R3、R4的阻值变化，分析 应变片的受力情况（受拉的应变片:阻值

4、变大，受压的应变片:阻值变小。）。:2J.:咸变传感器实验模板应变片-：.- ：:? 辱：;.匕讨去 ”叮：讪图15测量应变片的阻值示意图3、实验模板中的差动放大器调零:按图16示意接线，将主机箱上的电压表量程切换开关切换到2V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关;调节放大器的增益电位器Rw3合适 位置（先顺时针轻轻转到底,再逆时针回转1圈）后，再调节实验模板放大器的调零电位器RW4, 使电压表显示为零。R R.a Ei Ed+1.1-弓0 I舷!OiII IIL图16差动放在器调零接线示意图4、应变片单臂电桥实验:关闭主机箱电源，按图17示意图接线，将2V10V可调 电源调节到4V档。检查接

5、线无误后合上主机箱电源开关，调节实验模板上的桥路平衡电位 器RW1,使主机箱电压表显示为零;在传感器的托盘上依次增加放置一只20g砝码(尽量靠近 托盘的中心点放置)，读取相应的数显表电压值,记下实验数据填入表1。图17应变片单臂电桥实验接线示意图表1应变片单臂电桥性能实验数据重量(g)80电压(mV)0-4-9-14-1923-27-32-36-405、根据表1数据作出曲线并计算系统灵敏度S=aV/aW（aV输出电压变化量，小重量 变化量）与非线性误差5=Am/yFS X100%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满量程输出平均值,此处为200g。实验完毕，关闭电

6、源。电压（mv）数据分析:系统灵敏度S= aV/aW=0 224 非线性误差 6=Am/yFS X100%=l、02%（二）应变片半桥性能实验一、实验目的:了解应变片半桥（双臂）工作特点及性能。二、基本原理:应变片基本原理参阅实验一。应变片半桥特性实验原理如图21所示。不 同应力方向的两片应变片接入电桥作为邻边输出灵敏度提高，非线性得到改善。其桥路输出 电压 Uo(1/2)R/R)E=(1/2)K &E。o - IVIi + |V o图21应变片半桥特性实验原理图三、需用器件与单元:主机箱中的2V10V（步进可调）直流稳压电源、15V直流稳压电源、电压表;应变式传感器实验模板、托盘、砝码。四、

7、实验步骤：1、按实验一(单臂电桥性能实验)中的步骤1与步骤3实验。2、关闭主机箱电源,除将图17改成图22示意图接线外，其它按实验一中的步骤4 实验。读取相应的数显表电压值，填入表2中。1: T 护.；盲W耳：卩严弋O图22应变片半桥实验接线示意图O I表2应变片半桥实验数据重量(g)020406080100120140160180电压(mV)95866743、根据表2实验数据作出实验曲线，计算灵敏度S=aV/aW,非线性误差5。实验完毕,关闭电源。电压（nw）岀 曲电压（mv 纟主性（电压（rnw）数据分析:系统灵敏度S=aV/aW=O、413非线性误差 5=Am/yFS X100%=2、0

8、5%五、思考题：半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在:邻边。在邻边时冲点的电位变化的才能与另外的参考点进行比较,如果不在临边，也就会出现 当两个应变片都发生变化时，与她们对应电阻的电位差可能会出现0的情况。举个例子:两个应变片的电阻分别为A与B,另外两个电阻为C与D,假设A=B=C=D,那么，在邻 边时,当因为受力,A电阻大于B时，两点间电位会低于C与D,反之亦然;而如果不在临边，那么 A与C之间的电位变化与C与D之间的电位变化就没有前面的规律了,也就无法判断哪个应 变片出现受力变化了。（三）应变片全桥性能实验一、实验目的:了解应变片全桥工作特点及性能。二、基本原理:应变片

9、基本原理参阅实验一。应变片全桥特性实验原理如图31所示。应 变片全桥测量电路中，将应力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻 边。当应变片初始阻值:R1 = R2 = R3 = R4,其变化值aR1= aR2=aR3=aR4时,其桥路输出电 压Uo （ar / R）E=K & E。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性得到改善。Ks“tR.i斧动放人器 4V E +4V 图31应变片全桥特性实验接线示意图三、需用器件与单元:主机箱中的2V10V(步进可调)直流稳压电源、15V直流稳压 电源、电压表;应变式传感器实验模板、托盘、砝码。四、实验步骤：1、实验步骤与方法(除了按图32

10、示意接线外)参照实验二，将实验数据填入表3作出 实验曲线并进行灵敏度与非线性误差计算。实验完毕，关闭电源。图32应变片全桥性能实验接线示意图2、表3全桥性能实验数据重量(g)204060801001200电压(mV)-17-34-5167-84-100-117-134-151-1673、根据表/3实验数据作出实验曲线，计算灵敏度S=aV/aW,非线性误差实验完毕,关闭电源。电压-20-40-60-30 -100 -120 -1斗0 -160-1B00 II2张即 loo曲期040. -34XjO-51So,-6 7工绚-工。* 160, -134-O.B34a药惠严QR3 = 1 20Q -1

11、67重重(g)数据分析:系统灵敏度S=aV/aW=O、834非线性误差 6=Am/yFS X100%=4、12%(四) 应变片单臂、半桥、全桥性能比较一、实验目的:比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度与非线性度，得出相应的结论。二、基本原理:如图4 (a)、(b)、(c)oUD06山中olbQ(a)单臂(b)半桥图4应变电桥(c)全桥三、需用器件与单元:主机箱中的2V10V(步进可调)直流稳压电源、15V直流稳压电源、电压表;应变式传感器实验模板、托盘、砝码。四、根据实验一、二、三所得的单臂、半桥与全桥输出时的灵敏度与非线性度从理论上进 行分析比较。经实验验证阐述理由(注意:实验一、二、三中的放

12、大器增益必须相同。实验完 毕，关闭电源。实验分析:全桥就是半桥的两倍,半桥就是单臂的两倍，也就就是说，灵敏度:全=2*半=4*单实验二电感式传感器实验（一）差动变压器的性能实验一、实验目的:了解差动变压器的工作原理与特性。二、基本原理:差动变压器的工作原理电磁互感原理。三、需用器件与单元:主机箱中的土 15V直流稳压电源、音频振荡器;差动变压器、差动变 压器实验模板、测微头、双踪示波器。四、实验步骤：1、差动变压器、测微头及实验模板按图116示意安装、接线。实验模板中的L1为差 动变压器的初级线圈丄2、L3为次级线圈，大号为同名端;Li的激励电压必须从主机箱中音频 振荡器的Lv端子引入。检查接

13、线无误后合上主机箱电源开关，调节音频振荡器的频率为 4kHz5kHz、幅度为峰峰值Vp-p = 2V作为差动变压器初级线圈的激励电压（示波器设置提示: 触发源选择内触发CH1、水平扫描速度TIME/DIV在0、1mS10M范围内选择、触发方式选 择AUT0。垂直显示方式为双踪显示DUAL、垂直输入耦合方式选择交流耦合AC、CH1灵敏度-图116差动变压器性能实验安装、接线示意图 I；：T | 藍I眉2VOLTS/DIV在0、5V1V范围内选择、CH2灵敏度VOLTS/DIV在0、1V50mV范围内选择）。1-I I 机II 1卄wI!A._ 航空2、差动变压器的性能实验:使用测微头时，当来回调

14、节微分筒使测杆产生位移的过程中 本身存在机械回程差，为消除这种机械回差可用如下方法实验。调节测微头的微分筒（0、01mm/每小格），使微分筒的0刻度线对准轴套的10mm刻度线。 松开安装测微头的紧固螺钉，移动测微头的安装套使示波器第二通道显示的波形Vp-p（峰峰 值）为较小值（越小越好，变压器铁芯大约处在中间位置）时,拧紧紧固螺钉，再顺时针方向转 动测微头的微分筒12圈，记录此时的测微头读数与示波器CH2通道显示的波形Vp-p（峰峰值） 值为实验起点值。以后,反方向（逆时针方向） 调节测微头的微分筒,每隔X=0、2mm（可取6070点值）从示波器上读出输出电压Vp-p值,填入表11（这样单行程位移 方向做实验可以消除测微头的机械回差）。3、根据表11数据画出XVp-p曲线并找出差动变压器的零点残余电压。实验完毕，关闭电源。表 11 差动变压器性能实验数据（表格不够自己加）X(mm)00、20、40、60、81、01、21、41、61、8Vp-p(mV)