试验一电阻应变片传感器特性试验

10试验一、二电阻应变片传感器特性试验一、试验目的：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。比较半桥，全桥测量电路与单臂电桥的不同性能、了解各自的特点。二、根本原理：敏感元件—金属箔在外力作用下，其电阻值会发生变化。即金属的电阻应变效应。依据推导可以得出：Rl

l lR

2ll〕kl l0〔〕0称金属电阻的灵敏系数，从式3〕0受两个因素影响，一个是1+是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是，是材料的电阻率随应变引起的〔。对于金属材料0〔〕而言，以前者为主，则k012，对半导体，k0值主要是由电阻率相对变化所打算。试验也说明，在金属丝拉伸k0=2左右。用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象外表上。在外力作用下，被测对象外表产生微小机械变形时，应变片敏感栅也伴同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，依据〔3〕式，可以得到被测对象的应变值ε，而依据应力应变关系E 〔4〕式中ζ——测试的应力；E——材料弹性模量。可以测得应力值ζ。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，因此可以用膜应变片。单臂电桥：即应变片电阻接入电桥的一臂，测出其电阻变化值，构造比较简洁，但是灵敏度较差；把不同受力方向的两只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。当应变片阻UO2＝EGε／2E为电桥供电电压。全桥：测量电路中，将受力性质一样的两个应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4U0＝KEε差和温度误差均得到明显改善三、需用器件与单元：应变式传感器试验模板、砝码、数显表、±15V电源、±5V电源、万用表。四、试验内容与步骤：1、应变片的安装位置如图〔1－1〕所示，应变式传感器已装到应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入R1、R2、R3、R4。可用万用表进展测量，R1=R2=R3=R4=350Ω。R1 R2R4 R3图1－1 应变式传感器安装示意图 图1-2应变式传感器单臂电桥试验接线图215〔从主控箱引入，检查无误后，合上主控箱电源开关，顺时针调整Rw2使之大致位于中间位置，再进展差动放大器调零，方法为：将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显ViRw〔2V档〔Rw2〕31-2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与R5、R6、R7接成直流电桥〔R5R6R7模块内已接好Rw5V5V地与±15V地短接〔由于不共地〕1-2所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调整Rw1，使数显表显示为零。200g砝码1-1，关闭电源。1－1单臂电桥输出电压与所加负载重量值重量重量(g)电压(mv)依据表1－1SU/W〔UW重量变化量〕和非线性误差δf1=Δm/yFS×100％式中m〔屡次测量时为平均值〕yFS满量程输出平均值,此200g.1-3接线。R1、R2为试验模板左上方的应变片，留意R2R1受力状态相反，马上传感器中两片受力±5VRw1进展4、52-1，计算灵敏度S2U/W，非线性误差f2。假设试验时显示数值不变化说明R1与R2两应变片受力状态一样。则应更换应变片。图1-3 应变式传感器半桥试验接线图 图1-4 感器全桥试验接线图表1-3；进展灵敏度和非线性误差计算。五、试验留意事项：11kg的物体，否则简洁损坏传感器。2、电桥的电压为±5V，绝不行错接成±15V，否则可能烧毁应变片。六、思考题：受拉〕应变片〔2〕负〔受压〕应变片〔3〕正、负应变片均可以。2〔1〕对边〔2〕邻边。3〔差动电桥〕测量时存在非线性误差，是由于〔1〕电桥测量原理上存在非线性2〕应是非线性的〔3〕调零值不是真正为零。4．全桥测量中，当两组对边〔R1、R3为对边〕R一样时，即R1＝R3，R2＝R4R1≠R2时，是否可以〔1〕可以〔2〕不行以。5否需要外加电阻。七、试验报告要求：

图1-4 应变式传感器受拉时传感器周面开放图1、记录试验数据，并绘制出单臂电桥时传感器的特性曲线。2、从理论上分析产生非线性误差的缘由。依据所记录的数据绘制出半桥和全桥时传感器的特性曲线比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，并从理论上加以分析比较，得出相应的结论。试验三电容式传感器的位移特性试验一、试验目的：了解电容式传感器构造及其特点。一、根本原理：利用平板电容C＝εS／d和其它构造的关系式通过相应的构造和测量电路可以选择ε、S、d中三个参数中，保持两个参数不变，而只转变其中一个参数，则可以有测谷物枯燥度〔ε变〕测微小位移〔d〕和测量液位〔变S〕等多种电容传感器。变面积型电容传感器中，平板构造对极距特别敏感，测量精度受到影〔会引起极板间的电场分布不均，导致非线性问题照旧存在，且灵敏度下降，但比变极距型好得多〕成为实际C在无视边缘效应时为：2Clnr2r1式中l——外圆筒与内圆柱掩盖局部的长度；

〔1〕——外圆筒内半径和内圆柱外半径。2 1lllnr2lllnr2r2l 2l l

lnr2r1

1

Clnr 0l2r1

〔2〕于是，可得其静态灵敏度为：lnr2rlnr2rC lnr2rlnr2rkgl

1

1

lnr 2r1可见灵敏度与r 有关，r与r越接近，灵敏度越高，虽然内外极筒原始掩盖长度l与灵敏度无关，但l不行太小，2r 2 11极距变化对测量精度的影响，并且可以减小非线性误差和增加传感器的灵敏度。二、需用器件与单元：电容传感器、电容传感器试验模板、测微头、数显单元、直流稳压源。三、试验步骤：1、将电容式传感器装于电容传感器试验模板上，将传感器引线插头插入试验模板的插座中。2Vo1与数显单元Vi相接〔插入主控箱Vi孔〕Rw调整到中间位置。X(mm)V(mv)3、接入±15V电源，旋动测微头转变电容传感器动极板的位置，每隔0.2mm登记位移X与输出电压值，填入表3-1。 表3－1X(mm)V(mv)43-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差f。五、试验留意事项：12、做试验时，不要接触传感器，否则将会使线性变差。3-1电容传感器位移试验接线图六、思考题：1、简述什么是传感器的边缘效应，它会对传感器的性能带来哪些不利影响。2、电容式传感器和电感式传感器相比，有哪些优缺点？七、试验报告要求：1、整理试验数据，依据所得得试验数据做出传感器的特性曲线，并利用最小二乘法做出拟合直线，计算该传感器得非线性误差。2、依据试验结果，分析引起这些非线性得缘由，并说明怎样提高传感器得线性度。试验四差动变压器式传感器试验一、试验目的：了解差动变压器式传感器的原理和构造〔这里是三段式；了解差动变压零点剩余电压组成及其补偿方法；〔选做。二、根本原理：三段式构造。当传感器随着被测体移动时，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感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则削减，将两只次级反向串接，即同名端接在一起，就引出差动输出，其输出电势则反映出被测体的位移量。零点剩余电压：由于传感器阻抗是一个复数阻抗，有感抗也有阻抗，为了到达电桥平衡，就要求线圈的电阻R相等，两线圈的电感L相等。实际上，这种状况是难以准确到达的，就是说不易到达电桥确实定平衡。在零点有一个最小的输出电压，一般把这个最小的输出电压称为零点剩余电压，假设零点剩余电压过大，会使灵敏度下降，非线性误差增大，甚至造成放大器末级趋于饱和，致使仪器电路不能正常工作。造成零残电压的缘由，总的来说，是两电感线圈的等效参数不对称造成的。包括差动变压器二只次级线圈的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列的不B－H特性的非线性等。((MM)U1 2 iR22L2U0P

表示,L、PPR为初级线圈电感和损耗电阻，Ui、ω为鼓舞电压和频率，M、M为初级与两次级间互感系数，由关系式可以看P 1 2出，当时级线圈鼓舞频率太低时，假设R2＞ω2L2，则输出电压Uo受频率变动影响较大，且灵敏度较低，只有当ωP P2L2＞＞R2Uo与ω无关，固然ω过高会使线圈寄生电容增大，对性能稳定不利。P P三、需用器件与单元：差动变压器试验模板、测微头、双线示波器、差动变压器、示波器，音频信号源。四、试验内容与步骤：第一局部根本特性试验：1、将差动变压器及测微头按装在差动变压器试验模板上。2、将传感器引线插头插入试验模板的插座中，在模块上按图4-1接线，音频振荡器信号必需从主控箱中的音频〔正相或反相可用主控箱的频率计来监测Vp-p=2V〔可用示波器监测。3、旋动测微头，使示波器其次通道显示的波形峰峰值Vp-p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Vp-p最小开头旋动测微头，每0.2mmVp-p值，填入下4-1，再从Vp-p最小处反向位移做试验，在试验过程中，留意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。图4-1 双踪示波器与差动变压器连接示意图 图4-2 零点剩余电压补偿电路之一V(mv)X(mm)4－1差动变压器位移XV(mv)X(mm)4、其次局部：零点剩余电压的测定和补偿14－2为电桥单元中调平衡网络。2V峰-峰值。2、调整测微头，使差动放大器输出电压最小。Rw1、Rw2，使输出电压降至最小。4、将其次通道的灵敏度提高，观看零点剩余电压的波形，留意与鼓舞电压相比较。〔峰-峰值〔注：这时的零点剩余电压是经放大后的零点剩余Vp-p/K，K〕*第三局部〔选做〕鼓舞频率对变压器特性的影响1、将差动变压器装在差动变压器试验模板上。24-2连接好线。3、选择音频信号输出频率为1KH〔从正相或反向〕输出〔可用主控箱的频率计显示频率〕移动铁芯至间位置即输出信号最小时的位置，调整R 、R 使输出变得更小。w1 w24、用示波器监视其次通道，旋动测微头，向左〔或右〕2.50mm处，有较大的输出。将测4-2。f(Hz)1KHz2KHz3KHz4KHz5KHz6KHz7KHz8KHz9KHz4f(Hz)1KHz2KHz3KHz4KHz5KHz6KHz7KHz8KHz9KHz6、作出幅频特性曲线。五、试验留意事项：1Vp-p2V，不能太大，否则差动变压器发热严峻，影响其性能，甚至烧毁线圈。2L2、L3线圈旁边的“*”表示两线圈的同名端。3六、思考题：1、用差动变压器测量较高频率的振幅，例如1KHz的振动幅值，可以吗？差动变压器测量频率的上限受什么影响？试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？3、请分析经过补偿后的零点剩余电压波形。44-3所示的电路，请分析原理。5*、提高鼓舞频率有哪些优点？但是过高的鼓舞频率又会带来哪些不利因素？应怎样确定鼓舞频率。6*、假设用差动变压器式传感器测量振动，测量的频率受什么限制？七、试验报告要求：

图4-3 零点剩余电压补偿电路之二1、依据试验测得的数据，绘制出测微头左移和右移时传感器的特性曲线。2、分析产生非线性误差的缘由。3、分析产生零点剩余电压的缘由，对差动变压器的性能有哪些不利影响。用哪些方法可以减小零点剩余电压。4、归纳总结前两种补偿电路的优缺点。试验五Pt100热电阻测温试验一、试验目的：了解热电阻的特性与应用。二、根本原理：利用导体电阻随温度变化这一特性，热电阻用于测量时，要求其材料电阻温度系数大，而稳定，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。常用铂电阻和铜电阻，铂电阻在0－630.74℃以内，电阻Rt与温度t的关系为： Rt=Ro(1+At+Bt2)Ro0Ro＝100℃。＝3.968410－2B＝－5.84710－／℃2，铂电阻内部引线三、需用器件与单元：P热电阻〔温度模块上、1A恒流源、温度把握单元〔温控器、温度传感器试验模板、数显单元、万用表。t100四、试验步骤：图5-1 Pt100热电阻测温试验接线图1、将温度模块中的试验Pt100a、b间，把b、c连接起来，这样，R1、R3、R4、Rw1、Pt100就组成了一Rw2逆时针旋到底〔增益最小。15VVoRw3使差动放大器的输出为零。a与地之间加+5V11-1将电桥的输出与差动放大器相连，温SV窗口设定为50C〔2Rw1使电桥平衡，即使差放的输出为零。4、在500C的根底上，以后每隔50C设定一次，即Δt=50C，读取数显表值，将结果填入下表。T〔℃〕V(mV)5T〔℃〕V(mV)5、依据上表计算Pt100的非线性误差。五、试验留意事项：120℃以上，否则将可能损坏加热器。六、思考题：如何依据测温范围和精度要求选用热电阻？七、试验报告要求：1、依据试验所得的数据，做出传感器的特性曲线，并利用最小二乘法做出拟合直线，计算该传感器得非线性误差。2Pt100试验六集成温度传感器的特性一、试验目的：了解常用的集成温度传感器根本原理、性能与应用。二、根本原理：集成温度传器将温敏晶体管与相应的关心电路集成在同一芯片上，它能直接给出正比于确定温度的抱负线性输出，一般用于－50℃－＋150℃之间测量，温敏晶体管是利用管子的集电极电流恒定时，晶体管U电压生产时的离散性、均承受了特别的差分电bAD590。它只需要一种电源〔＋4V－＋30V。即可实现温度到电流的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻〔R2〕即可实现电流到电压的转换。它使用便利且电流型比电压型的测量精度更高。三、需用器件与单元：温度把握器、加热源、温度模块、数显单元、万用表。四、试验步骤：1、将主控箱上总电源关闭，把主控箱中温度检测与把握单元中的恒流加热电源输出与温度模块中的恒流输入连接起来。2、将温度模块中的温控Pt100与主控箱的Pt100输入连接起来。3AD590、b上〔正端接bbd连接起来。4、将主控箱的+5Va和地之间。5d和地与主控箱的电压表输入端相连〔1K电阻两端的电压。6SV窗口设定为500C〔2，以后每隔50C设定一次，即Δt=50C，读取数显表值，将结果填入下表。 TT〔℃〕V(mV)五、试验留意事项：120℃以上，否则将可能损坏加热器。2AD590AD590。PN结的正向电压与温度之间具有较好的线性关系，因此就有温敏二极50℃－100℃之间，作温度特性，然后与集成温度传感器一样区间的温度特性进展比较，从线性看温度传感器线性优于温敏二极管，请说明理由。七、试验报告要求：1、简洁说明AD590的根本原理，争论电流输出型和电压输出型集成温度传感器的优缺点。2、总结试验后的收获、体会。试验七直流鼓舞时霍尔传感器位移特性试验一、试验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。二、根本原理：金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于磁场和电流的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。具有这种效应的元件成为霍尔元件，依据霍尔效应，霍尔电势U＝KIB，当保持霍尔H H元件的把握电流恒定，而使霍尔元件在一个均匀梯度的磁场中沿水平方向移动，则输出的霍尔电动势为UH

kx，式中k—位移传感器的灵敏度。这样它就可以用来测量位移。霍尔电动势的极性表示了元件的方向。磁场梯度越大，灵敏度越高；磁场梯度越均匀，输出线性度就越好。三、需用器件与单元：霍尔传感器试验模板、霍尔传感器、±15V直流电源、测微头、数显单元。四、试验步骤：1、将霍尔传感器安装在霍尔传感器试验模块上，将传感器引线插头插入试验模板的插座中，试验板的连接线7-1进展。1、3为电源±5V，2、4为输出。2、开启电源，调整测微头使霍尔片大致在磁铁中间位置，再调整Rw1使数显表指示为零。图7-1 直流鼓舞时霍尔传感器位移试验接线图X〔mm〕V(mv)3、测微头往轴向方向推动，每转动0.2mm登记一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表7-1X〔mm〕V(mv)V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。五、试验留意事项：1、对传感器要轻拿轻放，绝不行掉到地上。2、不要将霍尔传感器的鼓舞电压错接成±15V，否则将可能烧毁霍尔元件。六、思考题：本试验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的时什么量的变化？七、试验报告要求：1、整理试验数据，依据所得得试验数据做出传感器的特性曲线。2、归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生缘由是什么，应怎样进展补偿。1试验箱温度把握简要原理ALM2ALM2，内部继电器闭合，温1AALM2模块停顿加热，但由于温度的惯性比较大，因此当温度模块停顿加热后，仍有确定的向上的冲量。附录2 温度把握器使用说明1、仪表通电显示窗先显示PV窗输出代码、SV窗输入代码，后显示PV窗量程上限、SV窗量程下限〔N型显示PV窗Jd——、SV2023PVSVSVPVALM2PVSVALM1SET键0.5SET0.5SET3B〔见操作流程表SET0.515内无键按下〔该窗内设置的数据无效〕自动进入的工作状态。10%以上时，仪表仍显示―――，并切断主控输出；当输入信号略小于量程下限时，仪表显示―――。3、各参数功能：面板功能：SET：功能键；PV：当前测量值；SV：主控设定值；OUT：主控输出指示ALM1：ALM1；ALM2：ALM2；AT：自整定指示向左箭号：移位键；向下箭号：减键；向上箭号：加键选作试验试验八光电二极管和光敏电阻的特性争论二、根本原理：光电二极管：+5RPN结安装在管的顶部，便于PN结的面积比一般二极管要大。为了光电转换效率高，PN结的深度比一般二极管浅。光电二极管可工作在两种状态。大多数状况下工作在反向偏压状态。在这种状况下，当无光照时，处于反偏的二极管工作在截止状态，这时只有少数载流子PN结中，P型中的电〔少数载流子〕PN结上时，PN+5R击，吸取其能量而产生电子空穴对，使P区和N区的少数载流子浓度大大增加，在外加反偏电压和内电场的作用下，P区的少数载流子渡越阻挡层进入N区，N区的少数载流 Vo结的反向电流大为增加，形成了光电流，反向电流随光照强度增加而增加。另一种工作状态是在光电二极管上不加电压，利用PN结受光照强度增加而增加。N结受光照时产生正向电压的原理，将其作为微型光电池用。这种工作状态一般用作光电响应速度快、精巧、结实、良好的温度稳定性和低工作电压的优点，因而得到了广泛的应用。图为光电流信号转换电路，Vo=IpR，Ip为光电流，R是反响电阻。光敏电阻：光敏电阻是利用光的入射引起半导体电阻的变化来进展工作的。光敏电阻的工作原理是基于光电导效应：在无光照时，光敏电阻具有很高的阻值；在有光照时，当光电子的能量大于材料禁带宽度，价带中的电子吸取光子能量后跃迁到导带，激发出可以导电的电子—空穴对，使电阻降低，光线愈强，激发出的电子—空穴对越多，电阻值〔CdS硒化镉CdSe、硫化铅〔PbS〕锑化铟InSb〕等。由于光导效应只限于光照外表的薄层，所以一般都把半导体材料制成薄膜，并赐予适当的电阻值，电极构造通常做成梳形，这样，光敏电阻与电极之间的距离短，载流子通过电极的时间T少，而材料的载流子寿命又较长，c cG，从而获得很高的灵敏度。光敏电阻具有灵敏度高，光谱响应范围宽，重量轻，机械强R三、试验器件与单元：光电模块，主控箱，万用表，0~20mA恒流源。四、试验内容与步骤：10~20mA恒流源调整到最小。20~20mALED光源。2mA记录一次，填入以下相应的表格，光电二极管的强度指示在光电模块的右边数显上。、光敏电阻试验：由于光敏电阻光较弱时变化较大，所以在0~2mA之间，每隔0.5mA记录一次，以后每隔2mA做一次试验，测得的数据填入以下相应表格。光敏电阻的大小用万用表测量光电模块上的光敏电阻输出端。I〔I〔mA〕V(mv)光敏电阻：II〔mA〕R五、试验留意事项：六、思考题：1、当将硅光电池作为光探测器时应留意那些问题？2、争论光敏电阻主要应用在什么场合。七、试验报告要求：1、依据试验数据做出光敏电阻和硅光电池的特性曲线图。2、简述光敏电阻和硅光电池的根本特性。直线拟合方法简介 习 题 与 思 考 题 试述传感器的定义和组成，传感器由哪几种分类方法，各有和特点？衡量传感器的静态与动态特性的重要指标有哪些？它们是如何定义的？dQ某玻璃水银温度计微分方程式为4 0

2103Q

〔Q〔℃，dt 0 i 0 i试确定该温度计的时间常数和静态灵敏度系数。某压电式加速度计动态特性可用下述微分方程描述dq2

3.0103dq2.251010q11.01010a d2t dt〔pCa〔m/20K的值。5%50Hz正弦信号的测试，这时的幅值误差和相角差为多大？某二阶系统传感器的固有频率ξ传感器的工作频率范围；一热电偶的时间常数