传感器与检测技术实验指导书四个实验
传感器实验指导书
传感器与检测技术实验指导教师：陈劲松实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验错误!未指定书签。
实验二金属箔式应变片-全桥性能实验及电子秤实验错误!未指定书签。
实验三电容式传感器的位移特性实验 ..... 错误!未指定书签。
实验四Pt100热电阻测温实验.................. 错误!未指定书签。
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：金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。
金属的电阻表达式为：SlR ρ=（1）当金属电阻丝受到轴向拉力F 作用时，将伸长l ∆，横截面积相应减小S ∆，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变ρ∆，故引起电阻值变化R ∆。
对式（1）全微分，并用相对变化量来表示，则有：ρρ∆+∆-∆=∆S S l l R R （2）式中的l l ∆为电阻丝的轴向应变，用ε表示，常用单位με（1με=1×mm mm 610-）。
若径向应变为rr ∆，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比μ表示为）（l l r r ∆-=∆μ，因为S S ∆=2（rr ∆），则（2）式可以写成： llk l l l l l l R R ∆=∆∆∆++=∆++∆=∆02121）（）（ρρμρρμ（3） 式（3）为“应变效应”的表达式。
0k 称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，0k 受两个因素影响，一个是（1+μ2），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是）（ρερ∆，是材料的电阻率ρ随应变引起的（称“压阻效应”）。
对于金属材料而言，以前者为主，则μ210+≈k ，对半导体，0k 值主要是由电阻率相对变化所决定。
实验也表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成比例。
通常金属丝的灵敏系数0k =2左右。
用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。
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目录实验一力敏传感器实验－金属箔式应变片 (1)实验二温度传感器实验 (5)实验三光敏传感器实验 (8)实验四气敏、湿敏传感器实验 (10)实验五湿度测量仪的设计 (13)实验六酒精气体报警器 (14)附录一传感器安装示意图及面板示意图 (15)附录二实验仪面板图 (17)附录三电路原理图 (18)附录四CSY-998B+传感器实验仪简介 (29)1231实验一 力敏传感器实验－金属箔式应变片一、实验目的1.了解金属箔式应变片、单臂电桥的工作原理和工作情况；2.验证金属箔式应变片单臂、半桥、全桥的性能及其相互关系。
二、实验基本原理1.箔式应变片及单臂直流电桥的电源的原理和工作情况应变片是最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，应变片的敏感栅随同变形，其电阻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。
电桥电路是做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4321R R R R 、、、中，电阻的相对变化率分别为44332211////R R R R R R R R ∆∆∆∆、、、，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；RR R ∆=∑2用四个应变片组成差对工作，且RR R R R R R R ∆=∑====44321，，这分别构成单臂、半桥和全桥电路。
由表达式可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。
2. 实际使用的应变电桥的性能和原理。
已知单臂、半桥和全桥电路的R ∑分别为R R R R R R /4/2/∆∆∆、、。
根据戴维定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4×E ×R ∑,电桥灵敏度,//R R V Ku ∆=于是对应单臂、半桥 和全桥的电压灵敏度分别为1/4×E 、1/2×E 和E 。
由此可知，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。
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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：ΔR/R=Kε式中ΔR/R为电阻丝的电阻相对变化值，K为应变灵敏系数，ε=Δl/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，对单臂电桥而言，电桥输出电压，U01=EKε/4。
（E为供桥电压）。
三、需用器件与单元：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：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=350Ω，加热丝阻值约为50Ω左右。
2、实验模板差动放大器调零，方法为:①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，②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RW2使数显表显示为零。
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，记下实验结果填入表（1-1）。
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传感与检测技术实验讲义实验一应变式称重传感器的应用一．实验目的：1.熟悉常用应变式力传感器的应用。
2.掌握应变片传感器的测量原理及电桥电路的应用。
二．实验仪器：稳压电源、万用表、实验箱、称重传感器模块等。
实验原理：应变式传感器是常用的测量力的传感器。
应变片式传感器是一种将测试件上的应变量转换成一种电信号的敏感器件。
当事件受力发生形变时，电阻应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化，通常采用桥式电路，然后通过放大器放大实现。
三.实验内容及测试1．不同质量砝码重量测量应变片可以测量的重量范围为0~1Kg，额定灵敏度为1.0±0.15mv/g，R1~R4组成的电桥测量电路输入阻抗为1115±10%Ω，输出阻抗为1000±10%Ω，安全过载率为150%F.S，最大工作电压为15VDC。
满量程输出电压=激励电压×灵敏度。
U1A、U1B组成放大倍数可调的差分放大电路。
测量模块面板上共有4测试点，分别连接+12V，-12V，GND，输出点U0，连接电源和地线，用万用表直流电压档测量输出端电压。
1）不放任何砝码，用万用表测量输出端电压，调整RV1,RV2，使输出电压为0；2）将不同的砝码顺序放置在测量模块测量称盘上，用万用表测量输出端电压，并将电压值记录在2.实验报告1）整理实验数据，并绘制输入输出线性图；2）将数据填写在报告上。
实验二温度传感器的应用一、实验目的：熟悉常用温度传感器并掌握温度传感器的应用。
二、实验仪器：稳压电源、万用表、数字逻辑实验箱、Pt100热电阻、热敏电阻、集成电路等。
三、实验原理：温度传感器是将温度转换为电量输出的装置。
常用的温度传感器有热电阻、热敏电阻、热电偶、集成温度传感器等等。
热电阻主要是利用电阻随温度变化而变化这一特性来进行温度的测量、控制。
四、实验内容1、热电阻的测量：测量Pt 100热电阻、热敏电阻在不同温度下的电阻值。
2、热敏电阻的应用------------过热报警器热敏电阻在电路中常作为温度控制器件使用。
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实验一金属箔式应变片性能研究一、实验目的1、了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。
2、了解金属箔式应变片，半桥的工作原理和工作情况。
3、了解金属箔式应变片，全桥的工作原理和工作情况。
4、验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系。
二、实验原理电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成，一种利用电阻材料的应变效应工程结构件的内部变形转化为电阻变化的传感器。
此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的形变，然后由电阻应变片将弹性元件的形变转化为电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或者电流变化信号输出。
它可用于能转化成形变的的各种物理量的检测。
本实验以金属箔式应变片为研究对象。
箔式应变片的基本结构：金属箔式应变片是在用苯酚、环氧树脂等绝缘材料的基板上，粘贴直径为0.025mm左右的金属丝或者金属箔制成，如图所示：(a)丝式应变片(b) 箔式应变片图1-1金属箔式应变片结构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，与丝式应变片工作原理相同。
电阻丝在外力的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△R/R=Kε。
式中△R/R为电阻丝电阻的相对变化，K为应变灵敏系数，ε=△L/L为电阻丝长度相对变化。
为了将电阻应变式传感器的电阻变化转化成电压或者电流信号，在应用中一般采用电桥电路作为测量电路。
电桥电路具有结构简单、灵敏度高、测量范围宽、线性度好且易实现温度补偿等优点。
能较好地满足各种应变测量要求，因此在测量应变中得到了广泛的应用。
电路电桥按其工作方式分有单臂、半桥、全桥三种，单臂工作输出信号最小，线性、稳定性较差；双臂输出是单臂的两倍，性能比单臂有所改善；全桥工作时的输出是单臂的四倍，性能最好。
因此，为了得到较大的输出电压一般采用半桥或者全桥工作。
三、需用器件与单元：可调直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁、测微头、应变片、电压/频率表、主、副电源。
传感器与自动检测技术实验报告(打印4个)
自动检测技术及仪表实验报告电气与电子工程学院前言本实验适用于实验中心购置的“CSY-2000型传感器实验台”，是《传感器原理》课程的实验教学部分。
内容包括：电阻应变片式特性实验、差动变压器的性能试验以及转速测量实验等。
前两个实验共4学时，最后一个实验属于综合性实验。
传感器实验的基本要求实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书，了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题，并按照实验项目准备记录相关数据等。
实验前应写好预习报告，经指导教师检查认为确实做好了实验准备，方可开始做实验。
CSY-2000传感器实验台简介一、实验台的组成二、电路原理三、使用方法四、仪器维护及故障排除五、注意事项一、实验台的组成CSY-2000系列传感器与检测技术实验台由主机箱、温度源、转动源、振动源、传感器、相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌等组成。
1.主机箱提供高稳定的±15V、±5V、＋5V、±2V一±l0V（步进可调）、＋2V－+24V（连续可调）直流稳压电源；音频信号源（音频振荡器）1KHz～l0KHz（连续可调）；低频信号源（低频振荡器）1Hz～30Hz （连续可调）；气压源0－20KPa（可调）；温度（转速）智能调节仪；计算机通信口；主机箱面板上装有电压、频率转速、气压、计时器数显表；漏电保护开关等。
其中，直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器都具有过载切断保护功能，在排除接线错误后重新开机恢复正常工作。
2.振动源振动台振动频率1Hz－30Hz可调（谐振频率9Hz左右）。
转动源：手动控制0－2400转／分；自动控制300－2400转／分。
温度源：常温－180℃。
3.传感器基本型有电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式位移传感器、霍尔式位移传感器、霍尔式转速传感器、磁电转速传感器、压电式传感器、电涡流传感器、光纤传感器、光电转速传感器（光电断续器）、集成温度（AD590）传感器、K型热电偶、E 型热电偶、Pt100铂电阻、Cu50铜电阻、湿敏传感器、气敏传感器共十八个。
现代(传感器)检测技术实验-实验指导书
现代(传感器)检测技术实验实验指导书目录1、THSRZ-2型传感器系统综合实验装置简介2、实验一金属箔式应变片——电子秤实验3、实验二交流全桥振幅测量实验4、实验三霍尔传感器转速测量实验5、实验四光电传感器转速测量实验6、实验五E型热电偶测温实验7、实验六E型热电偶冷端温度补偿实验西安交通大学自动化系2008.11THSRZ-2型传感器系统综合实验装置简介一、概述“THSRZ-2 型传感器系统综合实验装置”是将传感器、检测技术及计算机控制技术有机的结合，开发成功的新一代传感器系统实验设备。
实验装置由主控台、检测源模块、传感器及调理（模块）、数据采集卡组成。
1.主控台(1)信号发生器：1k～10kHz 音频信号，Vp-p=0～17V连续可调；(2)1～30Hz低频信号，Vp-p=0～17V连续可调，有短路保护功能；(3)四组直流稳压电源：+24V,±15V、+5V、±2～±10V分五档输出、0～5V可调，有短路保护功能；(4)恒流源：0～20mA连续可调，最大输出电压12V；(5)数字式电压表：量程0～20V，分为200mV、2V、20V三档、精度0.5级；(6)数字式毫安表：量程0～20mA，三位半数字显示、精度0.5级，有内侧外测功能；(7)频率/转速表：频率测量范围1～9999Hz，转速测量范围1～9999rpm；(8)计时器：0～9999s，精确到0.1s；(9)高精度温度调节仪：多种输入输出规格，人工智能调节以及参数自整定功能，先进控制算法，温度控制精度±0.50C。
2.检测源加热源：0～220V交流电源加热，温度可控制在室温～1200C；转动源：0～24V直流电源驱动，转速可调在0～3000rpm；振动源：振动频率1Hz～30Hz（可调），共振频率12Hz左右。
3.各种传感器包括应变传感器：金属应变传感器、差动变压器、差动电容传感器、霍尔位移传感器、扩散硅压力传感器、光纤位移传感器、电涡流传感器、压电加速度传感器、磁电传感器、PT100、AD590、K型热电偶、E型热电偶、Cu50、PN结温度传感器、NTC、PTC、气敏传感器（酒精敏感，可燃气体敏感）、湿敏传感器、光敏电阻、光敏二极管、红外传感器、磁阻传感器、光电开关传感器、霍尔开关传感器。
传感器及检测技术实验指导书
宿迁泽达职业技术学院传感器及应用系列传感器及测试技术实验指导书电气教研室魏立国编二0一一年九月实验一 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、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V 、±4V 电源、万用表（自备）。
三、实验原理：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ε⋅=∆k RR（1-1） 式中RR∆为电阻丝电阻相对变化； k 为应变灵敏系数； ll∆=ε为电阻丝长度相对变化。
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，将四个金属箔应变片分别贴在双孔悬臂梁式弹性体的上下两侧，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。
图1-1 双孔悬臂梁式称重传感器结构图通过这些应变片转换弹性体被测部位受力状态变化，电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示R5=R6=R7=R 为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压RR RR E U ∆⋅+∆⋅=211/40 （1-2）E 为电桥电源电压；式1-2表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=%10021⋅∆⋅-RR 。
图1-2 单臂电桥面板接线图四、实验内容与步骤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R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。
2．差动放大器调零。
从主控台接入±15V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Ui短接并与地短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档）。
将电位器Rw3调到增益最大位置（顺时针转到底），调节电位器Rw4使电压表显示为0V。
关闭主控台电源。
（Rw3、Rw4的位置确定后不能改动）3．按图1-2连线，将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂直流电桥。
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传感器与检测技术实验指导书四个实
验
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：
ΔR/R=Kε
式中ΔR/R为电阻丝的电阻相对变化值，K为应变灵敏系
数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。
金属箔式应变片是
经过光刻、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，经过电桥原理完成电阻到电
压的比例变化，输出电压U0=EKε（E为供桥电压），对
单臂电桥而言，电桥输出电压，U01=EKε/4。
（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：
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=350Ω，加热丝阻值约为50Ω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:①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，②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
砝码和减少砝码并读取相应的数显表数值，记下实验结
果填入表（1-1）。
表1-1：单臂测量时，输出电压与负载重量的关系：
5、根据表（1-1）计算系统灵敏度S：S=ΔV/ΔW(ΔV为输出电
压平均变化量；ΔW重量变化量)，计算非线性误差：δ
f1=Δm/yF·S×100%，式中Δm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：yF·S为满量
程时电压输出平均值。
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(3)正、负应变片均能够。
实验十四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、基本原理：利用平板电容C=εA/d的关系,在ε（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，经过相应的测量电路，将电容的变
化量转换成相应的电压量,则能够制成多种电容传感器，
如：①变ε的湿度电容传感器。
②变d的电容式压力传
感器。
③变A的电容式位移传感器。
本实验采用第③种
电容传感器,是一种圆筒形差动变面积式电容传感器。