传感器与检测技术实验报告Word格式.docx

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2V～±

10V（步进可调）直流稳压电源、±

15V直流稳压电源、电压表；

应变式传感器实验模板、托盘、砝码；

4位数显万用表（自备）。

四、实验步骤：

应变传感器实验模板说明：

应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。

实验模板中的R1（传感器的左下）、R2（传感器的右下）、R3（传感器的右上）、R4（传感器的左上）为称重传感器上的应变片输出口；

没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；

R5、R6、R7是350Ω固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。

加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。

多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时用。

1、将托盘安装到传感器上，如图1—4所示。

图1—4传感器托盘安装示意图

2、测量应变片的阻值：

当传感器的托盘上无重物时，分别测量应变片R1、R2、R3、R4

的阻值。

在传感器的托盘上放置10只砝码后再分别测量R1、R2、R3、R4的阻值变化，分析应变片的受力情况（受拉的应变片：

阻值变大，受压的应变片：

阻值变小。

）。

图1—5测量应变片的阻值示意图

3、实验模板中的差动放大器调零：

按图1—6示意接线，将主机箱上的电压表量程切换

开关切换到2V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关；

调节放大器的增益电位器RW3合适位置（先顺时针轻轻转到底，再逆时针回转1圈）后，再调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。

图1—6差动放在器调零接线示意图

4、应变片单臂电桥实验：

关闭主机箱电源，按图1—7示意图接线，将±

10V可调电源调节到±

4V档。

检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节实验模板上的桥路平衡电位器RW1，使主机箱电压表显示为零；

在传感器的托盘上依次增加放置一只20g砝码（尽量靠近托盘的中心点放置），读取相应的数显表电压值，记下实验数据填入表1。

图1—7应变片单臂电桥实验接线示意图

表1应变片单臂电桥性能实验数据

重量（g）

20

40

60

80

100

120

140

160

180

电压（mV）

-4

-9

-14

-19

-23

-27

-32

-36

-40

5、根据表1数据作出曲线并计算系统灵敏度S＝ΔV/ΔW（ΔV输出电压变化量，ΔW重量变化量）和非线性误差δ，δ=Δm/yFS×

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：

yFS满量程输出平均值，此处为200g。

实验完毕，关闭电源。

数据分析：

系统灵敏度S＝ΔV/ΔW=0.224

非线性误差δ=Δm/yFS×

100％=1.02％

（二）应变片半桥性能实验

了解应变片半桥（双臂）工作特点及性能。

应变片基本原理参阅实验一。

应变片半桥特性实验原理如图2—1所示。

不同应力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，输出灵敏度提高，非线性得到改善。

其桥路输出电压Uo≈（1／2）（△R／R）E＝（1／2）KεE。

图2—1应变片半桥特性实验原理图

应变式传感器实验模板、托盘、砝码。

1、按实验一（单臂电桥性能实验）中的步骤1和步骤3实验。

2、关闭主机箱电源，除将图1—7改成图2—2示意图接线外，其它按实验一中的步骤4实验。

读取相应的数显表电压值，填入表2中。

图2—2应变片半桥实验接线示意图

表2应变片半桥实验数据

80

100

120

8

16

24

33

41

49

58

66

74

3、根据表2实验数据作出实验曲线，计算灵敏度S＝ΔV/ΔW，非线性误差δ。

系统灵敏度S＝ΔV/ΔW=0.413

100％=2.05％

五、思考题：

半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：

邻边。

在邻边时,中点的电位变化的才能和另外的参考点进行比较,如果不在临边,也就会出现当两个应变片都发生变化时,与他们对应电阻的电位差可能会出现0的情况。

举个例子：

两个应变片的电阻分别为A和B,另外两个电阻为C和D,假设A=B=C=D,那么,在邻边时,当因为受力,A电阻大于B时,两点间电位会低于C和D,反之亦然；

而如果不在临边,那么A和C之间的电位变化和C与D之间的电位变化就没有前面的规律了,也就无法判断哪个应变片出现受力变化了。

（三）应变片全桥性能实验

了解应变片全桥工作特点及性能。

应变片全桥特性实验原理如图3—1所示。

应变片全桥测量电路中，将应力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。

当应变片初始阻值：

R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压Uo≈（△R／R）E＝KεE。

其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性得到改善。

图3—1应变片全桥特性实验接线示意图

三、需用器件和单元：

1、实验步骤与方法（除了按图3—2示意接线外）参照实验二，将实验数据填入表3作出实验曲线并进行灵敏度和非线性误差计算。

图3—2应变片全桥性能实验接线示意图

2、表3全桥性能实验数据

200

-17

-34

-51

-67

-84

-100

-117

-134

-151

-167

3、根据表/3实验数据作出实验曲线，计算灵敏度S＝ΔV/ΔW，非线性误差δ。

系统灵敏度S＝ΔV/ΔW=0.834

100％=4.12％

（四）应变片单臂、半桥、全桥性能比较

比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。

如图4（a）、（b）、（c）

（a）单臂（b）半桥（c）全桥

图4应变电桥

四、根据实验一、二、三所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度，从理论上进行分析比较。

经实验验证阐述理由（注意：

实验一、二、三中的放大器增益必须相同）。

实验分析：

全桥是半桥的两倍，半桥是单臂的两倍，也就是说，灵敏度：

全=2*半=4*单

实验二电感式传感器实验

（一）差动变压器的性能实验

了解差动变压器的工作原理和特性。

差动变压器的工作原理电磁互感原理。

15V直流稳压电源、音频振荡器；

差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器。

1、差动变压器、测微头及实验模板按图11—6示意安装、接线。

实验模板中的L1为差动变压器的初级线圈，L2、L3为次级线圈，＊号为同名端；

L1的激励电压必须从主机箱中音频振荡器的Lv端子引入。

检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节音频振荡器的频率为4kHz～5kHz、幅度为峰峰值Vp-p＝2V作为差动变压器初级线圈的激励电压（示波器设置提示：

触发源选择内触发CH1、水平扫描速度TIME/DIV在0.1mS～10µ

S范围内选择、触发方式选择AUTO。

垂直显示方式为双踪显示DUAL、垂直输入耦合方式选择交流耦合AC、CH1灵敏度VOLTS/DIV在0.5V～1V范围内选择、CH2灵敏度VOLTS/DIV在0.1V～50mV范围内选择）。

图11—6差动变压器性能实验安装、接线示意图

2、差动变压器的性能实验：

使用测微头时，当来回调节微分筒使测杆产生位移的过程中本身存在机械回程差，为消除这种机械回差可用如下方法实验。

调节测微头的微分筒（0.01mm/每小格），使微分筒的0刻度线对准轴套的10mm刻度线。

松开安装测微头的紧固螺钉，移动测微头的安装套使示波器第二通道显示的波形Vp-p（峰峰值）为较小值（越小越好，变压器铁芯大约处在中间位置）时，拧紧紧固螺钉，再顺时针方向转动测微头的微分筒12圈，记录此时的测微头读数和示波器CH2通道显示的波形Vp-p（峰峰值）值为实验起点值。

以后，反方向（逆时针方向）调节测微头的微分筒，每隔

△X=0.2mm（可取60～70点值）从示波器上读出输出电压Vp-p值，填入表11（这样单行程位移方向做实验可以消除测微头的机械回差）。

3、根据表11数据画出X－Vp-p曲线并找出差动变压器的零点残余电压。

表11差动变压器性能实验数据（表格不够自己加）

△X（mm）

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

Vp-p（mV）

1560

1520

1500

1480

1460

1440

1400

1380

1360

1320

2.0

2.2

2.4

2.6

2.8

3.0

3.2

3.4

3.6

3.8

1300

1260

1220

1180

1140

1100

1020

980

940

900

4.0

4.2

4.4

4.6

4.8

5.0

5.2

5.4

5.6

5.8

820

780

700

660

500

520

460

400

320

240

6.0

6.2

6.4

6.6

6.8

7.0

7.2

7.4

7.6

7.8

220

280

360

420

540

620

8.0

8.2

8.4