传感器实验报告

1、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： r/r=k式中r/r为电阻丝的电阻相对变化值，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=ek（e为供桥电压），对单臂电桥而言，电桥输出电压，u01=ek/4。（

2、e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=350，加热丝阻值约为50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: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，将差放的正、负输入端与地短

3、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

4、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=v/w(v为输出电压平均变化量；w重量变化量)，计算非线性误差：f1=m/yfs100%，式中m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：yfs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=0.172五、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

5、(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/2，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，

6、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=v/w，非线性误差f2。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)

7、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r1=r2=r3=r4时，桥路输出电压u03=ke，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：

8、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=

9、 r3, r2= r4,而r1r2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

10、原理：利用平板电容c=a/d的关系,在（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：变的湿度电容传感器。变d的电容式压力传感器。变a的电容式位移传感器。本实验采用第种电容传感器,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

11、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）34.330.52723.620.216.913.410.46.8

12、3.4 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f，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

13、常数变化，电容变化和介电常数变化的关系：c=2a/（a和已知） （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

14、感器、直流电,源4v、154、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。、为电源4，、为输出,r1与之间联线可暂时不接。2、开启电源，接入15v电源，将测微头旋至10mm处，左右移动测微头使霍尔片处在磁钢中间位置，即数显表电压指示最小，拧紧测量架顶部的固定镙钉,接入r1与之间的联线，调节rw2使数显电压表指示为零（数显表置2v档）。 3、旋转测微头，每转动0.2mm或0.5mm记下数字电压表读数，并将读数填入表5-1，将测微头回到10mm处，反向旋转测微头，重复实验过程，填入表5-1。 表5-1：霍尔式位移传感器位移量与输出电压

15、的关系：x(mm)9.29.49.69.81010.210.410.610.811v(mv)1186541-2-3-5-7作出v-x曲线，计算不同线性范围时的灵敏度s和非线性误差。灵敏度s=v/x=(11+7)/9/0.2=10mv/mm五、思考题： 本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？ 答：霍尔电势uh=khib，b是线性均匀变化的，则霍尔电势uh也将线性均 匀变化。故本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的磁场强度b的变化。实验六 霍尔转速传感器测速实验一、实验目的：了解霍尔转速传感器的应用。 二、基本原理：根据霍尔效应表达式：uh=khib, 当khi不变时,在转速圆

16、盘上装上只磁性体，并在磁钢上方安装一霍尔元件。圆盘每转一周经过霍尔元件表面的磁场b从无到有就变化n次，霍尔电势也相应变化n次，此电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转体的转速。三、器件与单元：霍尔转速传感器、转动源（2000型）或转速测量控制仪（9000型）。四、实验步骤：1、据图5-4，将霍尔转速传感器装于转动源的传感器调节支架上，探头对准转盘内的磁钢。图5-4 霍尔光电转速传感器安装示意图2、 主控箱上的+5v直流电源加于霍尔转速传感器的电源输入端，红（）、绿（），不要接错。3、将霍尔转速传感器输出端（黄线）插入数显单元fin端，转速/频率表置转速档。4、 主控台上的+2v+24v

17、可调直流电源接入转动电机的+2v+24v输入插口（2000型）。调节电机转速电位器使转速变化，观察数显表指示的变化。五、实验数据及结果：霍尔转速传感器测速数据表格电压（v）24.484.75.135.896.387.127.84转速（转/分）051556068584596011101260电压（v）8.369.329.9510.2810.911.3812.0112.3转速（转/分）13801585172517801890198520952145电压（v）12.7313.2613.8414.3414.9515.1315.7116.18转速（转/分）221022952375245025052560

18、26252680电压（v）16.7717.2217.9518.4318.8219.3119.91转速（转/分）2740278028452880291029452970六、思考题：1、 利用霍尔元件测转速，在测量上是否有限制？答：必须要有钢磁产生磁场b。2、 本实验装置上用了十二只磁钢，能否只用一只磁钢。 答：会大大降低灵敏度。十二只钢磁产生十二个信号，丢失一个对记录影响不大，如果用一只钢磁，丢失一个就会少记录一圈。实验七 热电偶测温性能实验一、实验目的：了解热电偶测量温度的原理与应用。 二、基本原理：将两种不同的金属丝组成回路，如果二种金属丝的两个接点有温度差，在回路内就会产生热电势，这就是热

19、电效应，热电偶就是利用这一原理制成的一种温差测量传感器，置于被测温度场的接点称为工作端，另一接点称为冷端(也称自由端)，冷端可以是室温值也可以是经过补偿后的0、25的模拟温度场。 三、器件与单元：k型、e型热电偶、温度源、温度控制仪表、数显单元（2000型）或温度控制测量仪（9000型）。 四、实验步骤： 1、 热电偶插到温度源两个传感器插孔中任意一个插孔中，（k型、e型已装在一个护套内），k型热电偶的自由端接到主控箱面板上温控部分的ek端，用它作为标准传感器，配合温控仪表用于设定温度，注意识别引线标记，k型、e型及正极、负极不要接错。 2、 e型热电偶的自由端接入温度传感器实验模板上标有热电偶符号的a、b孔上