传感器技术系列实验实用教案

1、 应变(yngbin)电桥第1页/共24页第一页，共25页。应变(yngbin)片第2页/共24页第二页，共25页。单元(dnyun)电路一第3页/共24页第三页，共25页。差动放大器第4页/共24页第四页，共25页。单元(dnyun)电路二第5页/共24页第五页，共25页。第6页/共24页第六页，共25页。第7页/共24页第七页，共25页。传感器技术(jsh)系列实验上海理工大学光电学院2008年1月8第8页/共24页第八页，共25页。目录实验一箔式应变片测量(cling)技术实验二半导体应变片性能及应用实验三移相器和相敏检波器实验实验四交流全桥电路及应用实验五差动变压器测量(cling)及

2、应用实验六差动螺管式电感传感器及应用实验七温度传感器实验实验八光纤传感器实验实验九霍尔式传感器实验实验十电涡流传感器性能实验实验十一压电加速式传感器实验实验十二电容式传感器特性实验十三力平衡式传感器实验实验十四微机检测与转换数据采集处理封面(fngmin) 9第9页/共24页第九页，共25页。实验一箔式应变片测量(cling)技术-一、实验目的二、实验原理三、实验部件及仪器四、实验步骤五、注意事项六、实验报告要求目录(ml) 10第10页/共24页第十页，共25页。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.比较箔式应变片分别接成单臂直流电桥、半桥、

3、全桥时电桥的输出关系；4.说明温度(wnd)变化对应变测试系统的影响；5.在实用测试电路中对由于温度(wnd)变化引入的测量误差进行温度(wnd)补偿。目录(ml) 11实验一 箔式应变(yngbin)片测量技术第11页/共24页第十一页，共25页。二、实验原理：1.应变片是常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变时，应变片的敏感栅随同(sutng)形变，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。2.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、

4、R4中，电阻相对变化率分别为R1/R1、R2/R2、R3/R3、R4/R4，当使用一个应变片时，R=R/R；当二个应变片组成差动状态工作，则有R=2R/R；当用四个应变片组成二个差动对工作，且R1=R2=R3=R4=R时，R=4R/R。由此可见，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依此增大。根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4ER，电桥灵敏度Ku=V/R/R，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为1/4E、1/2E和E。由此可见，当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。目录(ml) 12实验(shyn)一 箔式应变片测量技术第12页/共24页第十二页，

5、共25页。二、实验原理：3. 温度变化引起应变片阻值发生变化的原因是应变片电阻丝的温度系数及电阻丝与测试中的膨胀系数不同。由此引起测试系统输出电压发生变化。4. 用补偿(bchng)片法是应变电桥温度补偿(bchng)方法中的一种，如附图（2）所示。在图示电桥中，R1为工作片，R2为补偿(bchng)片，R1=R2。当温度变化时两应变片的电阻变化R1与R2符号相同，数量相等，桥路如原来是平衡的，则温度变化后R1R4=R2R3，电桥仍满足平衡条件，无漂移电压输出，由于补偿(bchng)片所贴位置与工作片成90，所以只感受温度变化，而不感受悬臂梁的应变。目录(ml) 13实验一 箔式应变(yngb

6、in)片测量技术第13页/共24页第十三页，共25页。三、实验部件(bjin)及仪器：直流稳压电源（4V档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、电压表、加热器、半导体点温计、温度补偿片。目录(ml) 14实验一 箔式应变(yngbin)片测量技术第14页/共24页第十四页，共25页。四、实验步骤：1.调零。开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“+、-”输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表，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。调零后电位器位置不要变化。如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居“零”位。拔掉短路

7、线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。调零后关闭仪器电源。2.按图（1）将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R1、R2、R3和WD为桥路中的固定电阻(dinz)和直流调平衡电位器，R为应变片（可任选上、下梁中的一片工作）。直流激励电源为4伏。测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。目录(ml) 15实验一 箔式应变(yngbin)片测量技术第15页/共24页第十五页，共25页。四、实验步骤：3.确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。调整电桥WD电位器，使测试系统输出为零。4.旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以水平状态下输出电压为

8、零，向上和向下移动各5mm，测微头每移动记录一个差动放大器输出电压值，并列表。根据表中所测数据计算灵敏度S，S=X/V，并在坐标图上做出V-X关系曲线。5.调整系统输出为零，记录加热前测试系统感受的温度，点温计可插入二片应变梁之间的加热器当中(dngzhng)。6.开启“加热”电源，观察测试系统输出电压随温度计升高而发生的变化。待电压读数基本稳定后记下电压值，并求出温度漂移值V/T。目录(ml) 16实验一 箔式应变片测量(cling)技术第16页/共24页第十六页，共25页。四、实验步骤：7.按图（3）接好线路，图中R和R分别(fnbi)为箔式工作片和补偿片，重复5-6步骤，求出接入补偿片后

9、系统的温度漂移，并与实验步骤6的结果进行比较。8.在完成实验步骤4的基础上，不变动差动放大器增益和调零电位器，依次将图（1）中电桥固定电阻R1、R2、R3换成箔式应变片，分别(fnbi)接成半桥和全桥测试系统。 9.重复3、4步骤，测出半桥和全桥输出电压并列表，计算灵敏度。 10.在同一坐标上描出V-X曲线，比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。目录(ml) 17实验一 箔式应变片测量(cling)技术第17页/共24页第十七页，共25页。五、注意事项：1.实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量(jnling)使用较短的接插线，以避免引入干扰。2.接插线插入插孔时轻轻地作一小角度的

10、转动，以保证接触良好，拔出时也轻轻地转动一下拔出，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。3.稳压电源不要对地短路。4.应变片接入半桥和全桥时应注意其受力方向，一定要接成差动形式。5.直流激励电压不能过大，以免造成应变片自热损坏。目录(ml) 18实验一 箔式应变(yngbin)片测量技术第18页/共24页第十八页，共25页。五、注意事项：6.由于进行位移测量时测微头要从零正的最大值，又回复到零，再负的最大值，因此容易造成零点偏移，因此计算灵敏度时可将正X的灵敏度与负的X的灵敏度分开计算。再求平均值，以后实验中凡需过零的实验均可采用此种方法。7.由于本仪器中所使用的BHF箔式应变片具有防

11、自蠕变性能，因此温度系数还是比较小的。8.应正确选择补偿片。在面板的应变片接线端中，从左至右18对接线端分别是：1上梁(shn lin)半导体应变片，2下梁半导体应变片，3、5上梁(shn lin)箔式应变片，4、6下梁箔式应变片，7、8上、下梁温度补偿片。电路中工作片与补偿片应在同一应变梁上。目录(ml) 19实验一 箔式应变片测量(cling)技术第19页/共24页第十九页，共25页。六、实验报告要求：1. 实验目的；2. 实验原理图；3. 实验部件及仪器；4. 实验步骤；5. 实验结果(ji gu)与分析： 列出表格，记录实验数据； 在坐标纸上画出相关曲线，并计算有关数据； 心得体会。

12、目录(ml) 20实验一 箔式应变片测量(cling)技术第20页/共24页第二十页，共25页。图（1）V+4V-4VWDR2R3RR1+_返回(fnhu) 21实验一 箔式应变片测量(cling)技术第21页/共24页第二十一页，共25页。RRRR1234V图（2）返回(fnhu) 22实验一 箔式应变(yngbin)片测量技术第22页/共24页第二十二页，共25页。V+4V-4VWDR+_RRR差放电压表图 （3）返回(fnhu) 23实验一 箔式应变(yngbin)片测量技术第23页/共24页第二十三页，共25页。感谢您的观看(gunkn)！第24页/共24页第二十四页，共25页。NoImage内容(nirng)总结应变电桥。实验十三 力平衡式传感器实验。2.测试应变梁变