传感器实验指导书

目录目录 (1)实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 (3)实验二金属箔式应变片——半桥性能实验 (6)实验三金属箔式应变片——全桥性能实验 (8)实验四直流全桥的应用——电子称实验 (10)实验五移相实验 (11)实验六相敏检波实验 (12)实验七交流全桥性能测试实验 (15)实验八交流激励频率对全桥的影响 (17)实验九交流全桥振幅测量实验 (18)实验十扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验 (19)实验十一差动变压器性能实验 (21)实验十二差动变压器零点残余电压补偿实验 (23)实验十三激励频率对差动变压器特性的影响实验 (24)实验十四差动电感式传感器位移特性实验 (25)实验十五电容式传感器的位移特性实验 (27)实验十六电容传感器动态特性实验 (29)实验十七直流激励时霍尔传感器的位移特性实验 (30)实验十八交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验 (31)实验十九霍尔测速实验 (32)实验二十磁电式传感器的测速实验 (33)实验二十一压电式传感器振动实验 (34)实验二十二电涡流传感器的位移特性实验 (36)实验二十三被测体材质、面积大小对电涡流传感器的特性影响实验 (38)实验二十四电涡流传感器转速测量实验 (39)实验二十五电涡流传感器测量振动实验 (40)实验二十六光纤传感器位移特性实验 (41)实验二十七光纤传感器的测速实验 (43)实验二十八光电转速传感器的转速测量实验 (44)实验二十九智能调节仪温度控制实验 (45)实验三十集成温度传感器的温度特性实验 (48)实验三十一铂热电阻温度特性测试实验 (50)实验三十二K型热电偶测温实验 (52)实验三十三E型热电偶测温实验 (55)实验三十四PN结温度特性测试实验 (57)实验三十五气敏（酒精）传感器实验 (59)实验三十六气敏（可燃气体）传感器实验 (60)实验三十七湿敏传感器实验 (61)实验三十八F/V转换实验 (62)实验三十九智能调节仪转速控制实验 (63)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、实验仪器双杆式悬臂梁应变传感器、托盘、砝码、数显电压表、±5V 电源、差动放大器、电压放大器、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(R1、R2、R3、R4)分别贴在双杆式悬臂梁弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随悬臂梁形变被拉伸或被压缩。

图1-1 双杆式悬臂梁称重传感器结构图通过这些应变片转换悬臂梁被测部位受力状态变化，可将应变片串联或并联组成电桥。

电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示R6=R7=R8=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RRRR 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．悬臂梁上的各应变片已分别接到调理电路面板左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。

2．按图1-2只接好“差动放大器”和“电压放大器”部分，将“差动放大器”的输入端短接并与地相连，“电压放大器”输出端接数显电压表（选择2V 档），开启直流电源开关。

将“差动放大器”增益电位器与“电压放大器”增益电位器调至最大位置（顺时针最右边），调节调零电位器使电压表显示为0V 。

关闭直流开关电源。

（两个增益调节的位置确定后不能改动）3．按图1-2接好所有连线，将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R6、R7、R8构成一个单臂直流电桥。

电桥输出接到“差动放大器”的输入端，电压放大器的输出接数显电压表。

预热五分钟。

4．加托盘后调节Rw2使电压表显示为零。

5．在应变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g 砝码加完，记录实验数据填入表1-1。

6．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。

五、实验报告1．根据实验所得数据计算系统灵敏度S ＝ΔU/ΔW （ΔU 输出电压变化量，ΔW 重量变化量）；2．计算单臂电桥的非线性误差δf1=Δm/y F.S ×100％。

式中Δm 为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；y F ·S 为满量程（200g ）输出平均值。

六、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。

因此，加在传感器上的压力不应过大（称重传感器量程为0.5Kg），以免造成应变传感器的损坏！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、实验仪器同实验一 三、实验原理不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图2-1。

电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为RRE k E U ∆⋅=⋅⋅=220ε （2-1） 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； E 为电桥电源电压。

式2-1表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。

图2-1 半桥面板接线图四、实验内容与步骤1．应变传感器已安装在悬臂梁上，可参考图1-1。

2．按图2-1接好“差动放大器”和“电压放大器电路”。

“差动放大器”调零，参考实验一步骤2。

3．按图2-1接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边。

4．加托盘后电桥调零，参考实验一步骤4。

5．在应变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填入表2-1。

6．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。

五、实验报告根据所得实验数据，计算灵敏度S=ΔU/ΔW和半桥的非线性误差δf2。

六、思考题引起半桥测量时非线性误差的原因是什么？七、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。

因此，加在传感器上的压力不应过大（称重传感器量程为0.5Kg），以免造成应变传感器的损坏！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、实验仪器同实验一 三、实验原理全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出Uo=RRE ∆⋅（3-1） 式中E 为电桥电源电压。

RR∆为电阻丝电阻相对变化； 式3-1表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。

图3-1 全桥面板接线图四、实验内容与步骤1． 应变传感器已安装在悬臂梁上，R1、R2、R3、R4均为应变片，可参考图1-1。

2． 差动放大器调零，参考实验一步骤2。

3． 按图3-1接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两对应变片分别接入电桥的邻边。

4． 加托盘后电桥调零，参考实验一步骤4。

5． 在应变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显6．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。

五、实验报告根据实验数据，计算灵敏度S=ΔU/ΔW和全桥的非线性误差δf3。

六、思考题全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1＝R3，R2＝R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥？七、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。

因此，加在传感器上的压力不应过大（称重传感器量程为0.5Kg），以免造成应变传感器的损坏！实验四直流全桥的应用——电子称实验一、实验目的了解直流全桥的应用及电路的定标。

二、实验仪器同实验一三、实验原理电子称实验原理同实验三的全桥测量原理，通过调节放大电路对电桥输出电压的放大倍数，使电路输出电压值为重量的对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成一台比较原始的电子称。

四、实验内容与步骤1．按实验三的步骤1、2、3接好线并将“电压放大器”调零。

2．将10只砝码置于传感器的托盘上，调节“差动放大器”与“电压放大器”的增益调节电位器，使数显电压表显示为0.200V（2V档测量）。

3．拿掉托盘上所有砝码，观察数显电压表是否显示为0.000V，若不为零，再次将“电压放大器”调零和加托盘后电桥调零。

4．重复2、3步骤，直到精确为止，把电压量纲V改为重量量纲g即可以称重。

5．将砝码依次放到托盘上并读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入下表。

6．拿掉砝码，托盘上加一个未知的重物（不要超过0.5Kg），记录电压表的读数。

根据实验7．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。

五、实验报告根据实验记录的数据，计算电子称的灵敏度S=ΔU/ΔW，非线性误差δf4。

六、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。

因此，加在传感器上的压力不应过大（称重传感器量程为0.5Kg），以免造成应变传感器的损坏！实验五移相实验一、实验目的了解移相电路的原理和应用。

二、实验仪器移相器模块、信号源、示波器三、实验原理由运算放大器构成的移相器原理图如下图所示：图5-1 移相器原理图通过调节Rw，改变RC充放电时间常数，从而改变信号的相位。

图5-2 移相器示意图四、实验步骤1．将信号源的U S1幅值调节为6V，频率调节旋钮逆时针旋到底，将U S1 00与“移相器”输入端相连接。

2．打开直流电源开关，“移相器”的输入端与输出端分别接示波器的两个通道，调整示波器，观察两路波形。

3．调节“移相器”的相位调节电位器，观察两路波形的相位差，并填入下表。

4．改变“信号源U S1”的频率(频率转速表频率档监测)，观察频率不同时“移相器”移相范5．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。

五、实验报告根据实验所得的数据，对照移相器电路图分析其工作原理。

六、注意事项实验过程中正弦信号通过移相器后波形局部有失真，这并非仪器故障。

实验六相敏检波实验一、实验目的了解相敏检波电路的原理和应用。

二、实验仪器移相器、相敏检波器、低通滤波器、信号源、示波器三、实验原理开关相敏检波器原理图如图6-1所示，示意图如图6-2所示：图6-1 检波器原理图图6-2 检波器示意图图6-1中Ui为输入信号端，AC为交流参考电压输入端，Uo为检波信号输出端，DC为直流参考电压输入端。