传感器实验报告

实验一金属箔式应变片性能一单臂电桥1、实验目的了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。2、实验方法在CSY—998传感器实验仪上验证应变片单臂单桥的工作原理3、实验仪器CSY—998传感器实验仪4、实验操作方法所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬臂梁称重传感器、砝码、一片应变片、F/V表、主、副电源。旋钮初始位置：直流稳压电源打倒±2V档，F/V表打到2V档，差动放大增益最大。实验步骤：（1）了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片。（2）将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（+）、负（一）、地短接。将差动放大器的输出端与F/V表的输入插口Vi相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零，关闭主、副电源。R1^Tn—电椅半衡网绪v直浚稳压电源R1^Tn—电椅半衡网绪v直浚稳压电源⑶根据图1接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档，F/V表置20V档。开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F/V表显示为零，等待数分钟后将F/V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F/V表显示为零。（4）将测微头转动到10哑刻度附近，安装到双平行梁的右端即自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使V/F表显示值最小，再旋动测微头，使V/F表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。（5）往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下V/F表显示的值，每旋动测微头一周即AX=0.5皿，记一个数值填入下表：位移(mm)00.511.522.533.54电压(mV)51.063.375.588.2102.3113.7127.3139.9155.1（6）根据所得结果计算灵敏度AS=AV/AX（式中AX为梁的自由端位移变化，AV为V/F表显示的电压值的相应变化。灵敏度：AV=155.1-51.0=104.1AX=4-0=4AS=AV/AX=104.1/4=26.025（7）实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。注意事项：电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。如指示溢出，适当减小差动放大增益，此时差动放大器不必重调零。做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。实验心得：经过此次的实验，让我们了解金属箔式应变片，以及单臂单桥的工作原理和工作情况。得知应变片在一定的区间范围内的形变与电压成线性关系，并可以计算出相应电桥的灵敏度，为以后的应用打下理论和实践基础。实验分析：本实验要求直流稳压电源能够做到精准稳定可靠地工作，为电桥、运放以及电压表提供稳定的电压，最大限度地减少了由于电压不稳问题所引起的误差，使实验得到的数据能都尽量的准确客观地反映实际情况；对运放则要求其输入阻抗要高，放大倍数大。使电阻应变片所引起的微弱信号得以有效地放大，从而得到有效的实验数据。运放取电桥两臂中间的电压相对变化值来放大，由此来反映电阻应变片的是阻值变化情况，并在实验一开始可以通过电位器W1来调整电桥的平衡，当把W1的调到使电桥平衡，当实验只用一片电阻应变片构成单臂电桥时，此时运放工作在同向或反向放大的状态，当使用两片电阻应变片时，组建成差动半桥，此时运放工作在差动放大状态，因此它既能作差动放大，又可作同相或反相放大器。实验二金属箔式应变片:单臂、半桥、全桥比较一、实验目的：验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系。二、所需单元和部件：直流稳压电源，差动放大器，电桥，V/F，测微头，双平行梁，应变片有关旋钮的初始位置：直流稳压电源打到±2V档，V/F表打到2V档，差动放大器增益打到最大。三、实验步骤：1、按实验一方法将差动放大器调零后，关闭主副电源。2、按实验一图接线，图中R4=Rx为工作片，r及W1为电桥平衡网络。3、调节测微头使双平行梁处于水平位置，（目测），将直流稳压电源打倒±4V档，选择适当的放大增益，然后调整电桥平衡电位器W1，使表头显示零，（需预热几分钟表头才能稳定下来）4、转测微头，使梁移动，每隔0.5哑（旋转一圈）读一个数，将测得数值填入下表，然后关闭主副电源。位移(mm)00.511.522.533.54电压(mV)010.824.134.045.356.468.880.8194.65、保持放大器增益不变，将R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一个应变片，即取二片受力方向不同的应变片，形成半桥，调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使V/F表显示为零，重复（4）过程同样测得读数，填入下表：位移(mm)00.511.522.533.54电压(mV)026.250.373.699.4123.2148.2172.0197.16、保持差动放大器增益不变，将R1,R2两个固定电阻换成另两片受力应变片（即R1换成，I，R2换成—，）组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反即可，否则相互抵消没有输出，接成一个直流全桥，调节测微头，使梁到水平位置。调节电桥W1同样使V/F表显示为零。重复（4）过程将读出的数据记入下表：位移（mm）00.511.522.533.54电压（mV）58.3100.8142.2183.7224.1263.2300.4345.0381.2单臂：AV=94.6-0=94.6AX=4-0=4AS=AV/AX=94.6/4=23.65半桥：AV=197.1-0=197.1AX=4-0=4AS=AV/AX=197.1/4=49.275全桥：AV=381.2-58.3=322.9AX=4-0=4AS=AV/AX=322.9/4=80.725四、注意事项：1、在更换应变片时应将电源关闭2、在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将电压量程扩大3、在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作4、直流稳压电源打在±4V,不能打的过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应5、接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向实验心得：经过此次的实验，让我们了解不同电桥的特性和实现方法，以及了解单臂电桥特性、差动半桥特性和差动全桥特性和他们各自的工作原理和工作情况。得知单臂电桥的灵敏度最低，差动半桥的灵敏度是单臂电桥的2倍和差动全桥的灵敏度为单臂电桥的4倍；以后的应用打下理论和实践基础。实验三差动变压器（互感式）的性能一、实验目的：了解差动变压器原理及工作情况二、所需单元及部件：音频振荡器，测微头,双线示波器，差动变压器，振动平台有关旋钮初始位置:音频振荡器调至4KHZ左右,双线示波器第一通道灵敏度500mv/div,第二通道灵敏度10mv/div,触发选择打到第一通道，主副电源关闭三、实验步骤：1、根据图接线,将差动变压器（2组Lo的同名端相连），音频振荡器（必须在LV端接出）,双线示波器连接起来,组成一个测量电路,开启主副电源，将示波器探头分别接至差动变压器的输入端和输出端，音频振荡器幅度旋钮,使音频LV信号输入到Li的电压Vp-p为2V2、转动测微头使测微头与振动平台吸合，再向上转动测微头，使振动平台刚好吸合3、往下转动测微头,使振动平台产生位移,每位移0.5哑，用示波器读出差动变压器输出端的峰峰值填入下表，根据所得数据计算灵敏度SoS=AV/AX（式中AV为电压变化，AX为相应振动平台的位移变化），作出V-X关系曲线。位移(mm)00.511.522.533.54电压(mV)2510231020701790151012701000760480位移(mm)4.555.566.577.588.5电压320560720112013601600184020702310(mV)Illi四、思考：根据实验结果，指出线性范围线性范围：320-2500mV五、注意事项：差动变压器与示波器的连线应尽量短些,以免引入干扰差动变压器的两次次级线圈必须接成差动形式(即同名端相连，这可通过信号相位有否变化来判断)实验分析：由于差动变压器制作上的不对称以及铁心位置等等因素，存在零点残余电动势，使得传感器的输出特性在零点附近不灵敏，给测量带来了误差。差动变压器的工作原理类似一般电源变压器的作用原理，差动变压器在使用时采用了两个二次绕组反向串接，以差动方式输出，当衔铁处于中间位置时，两个二次绕组互感相同，因而由一次侧激励引起的感应电动势相同，由于两个二次绕组反向串接，所以差动输出电动势为零。实验五差动变面积式电容传感的静态特性1、实验目的了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性。2、实验方法在CSY—998传感器实验仪上设计差动变面积式电容传感器3、实验仪器CSY—998传感器实验仪4、实验操作方法所需单元及部件：电容传感器、电压放大器、低通滤波器、F/V表、激振器、示波器有关旋钮的初始位置：差动放大器增益旋钮置于中间，F/V表置于V表2V档，实验步骤：(1)按图接线。鼠容变换器F/V表打到20V，调节测微头，使输出为零。转动测微头，每次0.5mm，记下此时测微头的读数及电压表的读数，直至电容动片与上(或下)静片复盖面积最大为止。位移(mm)00.250.50.7511.251.51.752电压(mV)010702160323042705320633074108420

退回测微头至初始位置。并开始以相反方向旋动。同上法，记下X(mm)及V(mv)值。位移(mm)00.250.50.7511.251.51.752电压(mV)0-890-1960-3030-4180-5260-6320-7420-8630(4)计算系统灵敏度SOS=AV/AX(式中AV为电压变化，AX为