传感器实验讲义(新大纲).doc

传感器原理与应用实验讲义南阳师范学院物理与电子工程学院目 录实验一 金属箔式应变片性能——单臂电桥 ……………………………2实验二 金属箔式应变片温度效应及补偿 ………………………………5实验三 差动变压器（互感式）的性能……………………………………7实验四 电涡流式传感器的静态标定………………………………………9实验五 差动变面积式电容传感器的静态及动态特性 ………………11实验六 磁电式传感器的性能 ……………………………………………13实验七 霍尔传感器的直流激励特性 ……………………………………15实验八 压电式传感器的动态响应实验 …………………………………17实验九 热电偶原理及分度表的应用 ……………………………………19实验十 光纤位移传感器静态实验 ………………………………………22附录一 电路原理图 …………………………………………………………24附录二 传感器安装示意图 ………………………………………………29附录三 《微机数据采集系统软件》使用说明…………………………31实验一 金属箔式应变片性能——单臂电桥实验目的：了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。

实验原理：本实验说明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最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R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为ΔR1/ R1、ΔR2/ R2、ΔR3/ R3、ΔR4/ R4，当使用一个应变片时，∑ ；当两个应变片组成差动状态工作，则有∑；用四个应变片组成两个差对工作，且R1=R2=R3=R4=R， ∑由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大实验仪器：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁、测微头、一片应变片、F/V表、主、副电源旋钮初始位置：直流稳压电源打到±2V档，F/V表打到2V档，差动放大增益最大实验步骤：1、了解所需单元、部件在实验仪上的位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片上下两片梁的外表面各贴两片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。

2、将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正(+)、负(–)、地短接将差动放大器的输出端与F/V表的输入插口Vi相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮，使F/V表显示为零，关闭主、副电源3、根据图1接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻；Rx= R4为应变片将稳压电源的切换开关置±4V档，F/V表置20V档，调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F/V表显示为零，然后将F/V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F/V表显示为零V 直流稳压电源 ① ⑩ ④ ② ⑦ ⑧ ③ ⑤ 11 RX − 差动放大器 直流电压表 电桥平衡网络 + R1 R2 R3 r W1 +4V -4V 副电源 W2 W1 W2 W1 C R2 R1 r R3 电桥 开 ① ② ③ ⑥ ⑧ ⑦ ⑨ ④ ⑤ 10 11 图1 4、将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平行梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使F/V表显示最小，再旋动测微头，使F/V表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。

5、往上或往下旋动测微头，使梁的自由端产生位移，记下F/V表显示的值建议每旋动测微头一周即∆X=0.5mm记一个数值填入下表： 位移（mm）电压（mv）6、根据所得结果计算系统灵敏度S=ΔV/ΔX（式中ΔV为F/V显示的相应电压变化，ΔX为梁的自由端位移变化）注意事项：1、电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易2、做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响3、电位器W1、W2，在有的型号仪器中标为RD、RA实验二 金属箔式应变片温度效应及补偿实验目的：了解温度对应变测式系统的影响实验原理：温度变化引起应变片阻值发生变化的原因是应变片电阻丝的温度系数及电阻丝与测试件材料的线膨胀系数不同，由此引起测试系统输出电压发生变化用补偿片法是应变电桥温度补偿方法中的一种，如图2所示V0 R2 R1 R3 R4 图2 在电桥中，R1为工作片，R2为补偿片，R1 = R2当温度变化时两应变片的电阻变化，ΔR1与 ΔR2相等，桥路如原来是平衡的，则温度变化后R1R4 = R2R3，电桥仍满足平衡条件，无漂移电压输出，由于补偿片所贴位置与工作片位置相差90˚，所以只感受温度变化，而不感受悬臂梁的应变。

实验仪器：可调直流稳压电源、-15V不可调直流稳压电源、电桥、差动放大器、F/V表、测微头、加热器、双平行梁、水银温度计（自备）、主、副电源旋钮初始位置：主、副电源关闭、直流稳压电源置±4V档，F/V表置20V档，差动放大器增益旋钮置最大实验步骤：1、了解加热器在实验仪中的位置及加热符号，加热器封装在双平行的上片梁与下片梁之间，结构为电阻丝2、将差动放大器的(+)(-)输入端与地短接，输出端插口与F/V表的输入插口Vi相连3、开启主、副电源，调节差放零点旋钮，使F/V表显示零，再把F/V表的切换开关置2V档，细调差放零点，使F/V表显示为零关闭主、副电源，F/V表的切换开关置20V档，拆去差动放大器输入端的连线4、按图1接线，开启主、副电源，调电桥平衡网络的W1电位器，使F/V表显示零，然后将F/V表的切换开关置2V档，调W1电位器，使F/V表显示为零5、在双平衡梁的自由端（可动端）装上测微头，并调节测微头使F/V表显示为零6、将-15V电源连到加热器的一端插口，加热器另一端插口接地；F/V表的显示在变化，待F/V表显示稳定后，记下显示数值，并用温度计测出温度，记下温度值注意：温度计控头不要触在应变片上，只要触及应变片附近的梁体即可）。

关闭主、副电源，等待数分钟使梁体冷却到室温7、将F/V表的切换开关置20V档，把图中的R3换成→ 应变片（补偿片），重复4-6过程8、比较两种情况的F/V表数值：在相同温度下，补偿后的输出变化小很多9、实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转至初始位置实验三 差动变压器（互感式）的性能实验目的：了解差动变压器原理及工作情况图3A LK Mb R1 Lo Lo Ma R2 R3 实验原理：差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成初级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边，差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的其原理及输出特性见图3A实验仪器：音频振荡器、测微头、示波器、主、副电源、差动变压器、振动平台旋钮初始位置：音频振荡器4KHz~8KHz之间，双踪示波器第一通道灵敏度500mv/div，第二通道灵敏度10mv/div，触发选择打到第一通道，主、副电源关闭实验步骤：1、根据图3B接线，将差动变压器、音频振荡器（必须从LV输出）、双踪示波器连接起来，组成一个测量线路。

开启主、副电源，将示波器探头分别接至差动变压器的输入和输出端，调节差动变压器原边线圈音频振荡器激励信号峰-峰值为2V图 3B Li 差动变压器 示波器 LV 音频振荡器 Lo Lo 2、用手提压变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改变两个次级线圈的串接端3、转动测微头使测微头与振动平台吸合，再向上转动测微头5mm，使振动平台往上位移4、向下旋转测微头，使振动平台产生位移每位移0.2mm，用示波器读出差动变压器输出端峰-峰值填入下表，根据所得的数据计算灵敏度SS=∆V/∆X（式中∆V为电压变化，∆X为相应振动平台的位移变化），作出V-X关系曲线读数过程中应注意初、次级波形的相应关系X（mm）54.84.6…0.20-0.2…-4.8-5VO（p-p）注意：示波器的第二通道为悬浮工作状态实验四 电涡流式传感器的静态标定实验目的：了解涡流式传感器的原理及工作性能V F/V表 涡流变换器 涡流传感器 图4 实验原理：电涡流式传感器由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈中通以高频交变电流后，与其平行的金属片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及线圈的距离X有关。

当平面线圈、被测体（涡流片）、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与X距离有关将阻抗变化经涡流变换成电压V输出，则输出电压是距离X的单值函数实验仪器：涡流变换器、F/V表、测微头、铁测片、涡流传感器、示波器、振动平台、主、副电源实验步骤：1、装好传感器（传感器对准铁测片安装）和测微头2、观察传感器的结构，它是一个扁平线圈3、用导线将传感器接入涡流变换器输入端，将输出端接至F/V表，电压表置于20V档，见图4，开启主、副电源4、用示波器观察涡流变换器输入端的波形如发现没有振荡波形出现，再将传感器远离被测体可见，波形为 波形，示波器的时基为 us/cm，故振荡频率约为 5、调节传感器的高度，使其与被测铁片接触，从此开始读数，记下示波器及电压表的数值，填入下表：X(mm)Vp-p(v)V(v)建议每隔0.10mm读数，到线性严重变坏为止根据实验数据，在坐标纸上画出V-X曲线，指出大致的线性范围，求出系统灵敏度最好能用误差理论的方法求出线性范围内的线性度、灵敏度）可见，涡流传感器最大的特点是 ，传感器与被测体间有一个最佳初始工作点。

这里采用的变换电路是一种 实验完毕关闭主、。