传感器实验报告

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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

20、偶符号的a、b孔上，作为被测传感器用于实验，按图11-1接线，热电偶自由端连线中带红色套管或红色斜线的一条为正端,接入“a”点。图11-1 热电阻（偶）测温特性实验 3、 R5、R6端接地，RW2大约置中，打开主控箱电源开关，将V02端与主控箱上数显电压表Vi端相接，调节Rw3使数显表显示零（电压表置200mv档），打开主控箱上温仪控开关，设定仪表控制温度值T=50，将温度源的两芯电源线插入主控箱温控部分的220V输出插座中。 4、掉R5、R6接地线，将a、b端与放大器R5、R6相接，观察温控仪指示的温度值，当温度稳定在50时，记录下电压表读数值。 5、重新设定温度值为50+nt，建议t=5，

21、n=110，每隔1n读出数显电压表指示值与温控仪指示的温度值，并填入表11-1。 表11-1：T（）1820212223242526V（mv）0.30.71.21.31.41.51.61.86、根据表11-1计算非线性误差，灵敏度S。 灵敏度S=V/T=(1.8-0.3)/7/2=0.107 7、将E型热电偶的自由端连线从实验模板上拆去并接到数显电压表的输入端（Vi）直接读取热电势值（电压表置200mv档），重复上述过程，根据E型热电偶分度表查出温度值（加热源与室温之间的温差值）。 8、计算出加热源的温度，并与温控仪的显示值进行比较，试分析误差来源。 附：热电偶分度表，请参阅实验软件光盘中的热电偶分度表内容。六、思考题：1、热电偶测量的是温差值还是摄氏温度值？ 答：温差值。15