检测与传感器技术实验指导书

1、商丘科技职业学院实验课程实验指导书机电工程系编制检测与传感技术实验一 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。 熟悉电阻应变式传感器的原理、结构。掌握单臂电桥工作原理和性能。二、 实验仪器：THSRZ-1传感器系统集合实验装置的应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、电源、万用表。三、 实验原理：电阻丝在外力作用下发生机械形变时，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：，式中为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏度系数，为电阻丝长度的变化。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组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别

2、贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。通过这些应变片转换被测部分受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示、为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压： （1-1）E为电桥电源电压，R为固定电阻值，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为：四、 实验步骤：1. 图1-1应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的、上，可用万用表测量判断，。2. 从主控台接入电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端短接，输出端接数显电压表（选择2V档），调节电位器,使电压表显示为0V。的位置确定后不能改

3、动，关闭主控台电源。3. 将应变片传感器的其中的一个应变电阻（如）接入电桥与、构成一个单臂直流电桥，见图1-2，接好电桥调零电位器，直流电源（从主控台接入），电桥输出接到差动放大器的输入端。检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节使电压表显示为零。4. 在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示为2mV，读取数显表数值，保持不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填入下表1-1，关闭电源。重量（g）20406080100120140160180200电压（mV）表1-1五、 实验报告：根据表1-1的实验资料，计算系统的灵敏度

4、(输出电压变化量，重量变化量)和非线性误差，式中为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；为满量程（200g）输出平均值。六、 注意事项：加在应变传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏。图1-1图1-2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能性能，了解其特点。二、实验仪器：THSRZ-1传感器系统集合实验装置的应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、电源、万用表。三、 实验原理：不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图2-1。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为： （2-1）

5、E为电桥电源电压，式2-1表明半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。图2-1四、 实验内容及步骤：1 应变传感器安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。2 差动放大器调零，参考实验一步骤2。3 按图2-1接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边，接入电桥调零电位器，直流电源（从主控台接入），电桥输出接到差动放大器的输入端。检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节使电压表显示为零。4 在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示为10mV，读取数显表数值，保持不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填

6、入下表1-2，关闭电源。重量（g）20406080100120140160180200电压（mV）表2-1五、 实验报告：根据表2-1的实验资料，计算系统的灵敏度，非线性误差。六、 思考题：引起半桥测量时非线性误差的原因是什么？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、实验仪器：THSRZ-1传感器系统集合实验装置的应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、电源、万用表。三、 实验原理：全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出： (3-1)E为电桥电源电压，式3-1表

7、明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。图3-1四、 实验内容及步骤：1. 应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。2. 差动放大器调零，参考实验一步骤2。3. 按图3-1接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边接入电桥调零电位器，直流电源（从主控台接入），电桥输出接到差动放大器的输入端。检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节使电压表显示为零。4. 在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示为0.020V，读取数显表数值，保持不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记下实验

8、结果，填入下表3-1，关闭电源。重量（g）20406080100120140160180200电压（mV）表3-1五、 实验报告：根据记录表3-1的实验资料，计算系统的灵敏度，非线性误差。六、 思考题：比较单臂，半桥，全桥测量电路的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。实验四 直流电桥的应用电子秤实验一、 实验目的：了解直流全桥的应用及电路的定标。二、实验仪器：同实验一。三、实验原理：电子秤实验原理同实验三上午全桥测量原理，通过调节放大电路对电桥输出的放大倍数使电路输出电压值为重量的对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成一台比较原始的电子秤。四、实验内容及步骤：1 按实验三的步骤1、2、3接

9、好线并将电路调零。2 将10只砝码全部置于传感器的托盘上,调节电位器，（满量程时的增益），使数显电压表显示为0.200V(2V档测量)。3 拿去托盘上的所有砝码，观察数显电压表是否显示为0.00V，若不为0.00V，再次调节调零。4 重复2、3步骤的定标过程，直到精确为止，把电压量纲改为重量量纲即可以称重。5 将砝码依次放到托盘上并读取相应的数显数值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填入下表，关闭电源。重量（g）20406080100120140160180200电压（mV）表4-1五、实验报告： 根据记录表3-1的实验资料，计算系统的灵敏度，非线性误差。实验五 差动变压器的性能测定一、

10、实验目的：了解差动变压器的工作原理和特性。二、实验仪器：差动变压器模块、测微头、通信接口、差动变压器、信号源、直流电源。三、实验原理：差动变压器由一只初级线圈和两只次级线圈及一个铁芯组成。铁芯连接被测物体，移动线圈中的铁芯，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈的感应电动势发生变化，一只次级感应电动势增加，另一只感应电动势则减小，将两只次级线圈反向串接（同名端连接）引起差动输出。输出的变化反应了被测物体的移动量。四、实验内容和步骤：1根据图5-1将差动变压器安装在差动变压器实验模块上。图5-12将传感器引线插头插入实验模块的插座中，按图5-2连线（1、2接音频信号，3、4为差动变压器输出），音频信号由振荡器的“”除输出，打开主控台电源，调节音频信号输出的频率和幅度（用频率/转速表和上位机软件监视），使输出信号频率为4-5KHz，幅度为。3用通信接口的CH1观测差动变压器的输出，旋动测微头，使上位机观测到的波形峰-峰值为为最小，这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，另一个方向为负位移，从最小开始旋动测微头，每隔0.2mm从上位机读出输出电压值，填入下表5-1，再从最小处反