传感器与检测实验指导书2013.
传感与检测技术实验指导书
“传感器与检测技术”实验指导书一、适用专业：测控技术与仪器二、地位、作用和任务《传感器与检测技术》课程属于适用专业大学本科学生的必修专业基础课程。
传感器具有检测某种变量并把检测结果传送出去的功能,它们广泛应用于生产实践和科学研究中,是获取、处理、传送各种信息的基本元件。
特别是现代大规模工业生产,几乎全都依靠各种控制仪表或计算机实现自动控制,为保证自动控制系统的正常运行,必须随时随地把生产过程的各种变量提供给控制仪表或计算机。
要想正确及时地掌握生产过程或科研对象的各种信息,就必须具备传感器与检测技术方面的知识。
本部分旨在以实验和课程设计的形式进一步加强学生对各类传感器与检测技术的原理与应用的深入理解，将理论与实践有机地结合起来，学以致用。
主要任务是：1、通过理论学习和实验操作，掌握各类传感器的基本工作原理；2、了解各类传感器的特性和应用方法；3、掌握基本的误差与测量数据处理方法。
三、教学基本要求通过传感器与检测技术实验的基本训练，使学生在有关传感器与检测技术的实验方法和实验技能方面达到下列要求：（1）能够自行或在教师的指导下正确完成实验和实验报告等主要实验程序；（2）能够掌握常用传感器的性能、调试和使用方法；（3）能够通过实验完整掌握各类传感器的基本工作原理；（4）能够在接受传感器与检测技术基本实验技能的训练后，进行开放性实验，以提高综合实验能力。
四、实验内容实验一金属应变片：单臂、半桥、全桥功能比较（验证）实验二差动变压器特性及应用（综合）实验三差动螺线管电感式传感器特性（设计）*实验四差动变面积式电容传感器特性（验证）*实验五压电加速度传感器特性及应用（验证）*实验六磁电式传感器特性（验证）实验七霍尔式传感器特性（验证）108109实验八 热敏电阻测温特性（设计） 实验九 光纤位移传感器特性及应用（验证） 实验十 汽车防撞报警系统设计(设计)五、实验教材主要教材：《传感器与检测技术学习指导（实验部分）》六、考核方法根据实验操作效果、实验态度、实验报告撰写结果等进行综合评定。
《传感器》实验指导书
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．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200mV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。
《传感器与测试技术》实验指导书
《传感器与测试技术》 实验指导书工程与技术系二O一三年二月CSY－2000型传感器与检测技术实验台说 明 书CSY2000型传感器与检测技术实验台是本公司为适应不同类别、不同层次的专业需要，在2000系列传感器与检测技术实验台的基础上，增加了一些光电传感器而最新推出的模块化的新产品。
CSY－2000型传感器与检测技术实验台，主要用于各大专院校、中专及职业技术院校开设的“自动检测技术” “传感器原理与技术” “工业自动化控制” “非电量电测技术”等课程的教学实验。
它是采用最新推出的模块化结构的产品。
实验台上采用的大部分传感器虽然是教学传感器（透明结构便于教学），但其结构与线路是工业应用的基础。
希望通过实验帮助广大学生加强对书本知识的理解，并在实验的进行过程中通过信号的拾取、转换、分析、掌握作为一个科技工作者应具有的基本的操作技能与动手能力。
一、 实验台的组成CSY－2000型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、实验桌等组成。
1、主机箱：提供高稳定的±15V、±5V、＋5V、±2V～±10V（步进可调）、＋2V～＋24V （连续可调）直流稳压电源；直流恒流源0.6mA～20mA可调；音频信号源（音频振荡器）1KHz～10KHz（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）；智能调节仪(器)；计算机通信口；主控箱面板上装有电压、电流、频率转速、气压、光照度数显表；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一下才能恢复正常工作。
2、振动源：振动台振动频率1Hz～30Hz可调（谐振频率9Hz左右）。
3、转动源：手动控制0～2400转／分；自动控制300～2200转／分。
4、温度源：常温～200℃。
传感器原理及检测技术实验指导书
实验十一 温度检测装置设计实验…………………………………………………37 实验十二 数据采集与处理实验 … ………………………………………………38
3
实验一：金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较实验
实验学时：2 实验类型：验证 实验要求： （必修） 一、实验目的 1、熟悉 CSY-998 型传感器系统实验仪的结构及使用方法 2、了解金属箔式应变片的应变效应，电桥工作原理，放大器性能。 3、通过实验增加学生对传感器的感性认识。 4、验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。 二、实验内容 1、单臂电桥实验 2、半桥电路性能实验，比较金属应变片半桥和单臂桥的性能。 3、全桥电路性能实验，了解全桥测量电路的优点。 三、实验原理、方法和手段 电阻应变式传感器简称电阻应变计 , 结构如图所示。当将电阻应变计用特殊 胶剂粘在被测构件的表面上时，则敏感元件将随构件一起变形，其电阻值也随之 变化，而电阻的变化与构件的变形保持一定的线性关系，进而通过相应的二次仪 表系统即可测得构件的变形。通过应变计在构件上的不同粘贴方式及电路的不同 联接，即可测得应力、变形、扭矩等机械参数
2
目
实验一 实验二 实验三 实验四 实验五 实验六 实验七 实验八 实验九 实验十
录
金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较实验…………………………4 差动变压器的性能及应用…………………………………………………8 差动变面积电容传感器的静态及动态特性实验………………………11 压电传感器的动态响应实验……………………………………………15 霍尔式传感器的特性及应用实验………………………………………18 磁电式传感器的性能实验………………………………………………22 光纤位移传感器静态、动态实验………………………………………25 温度传感器特性实验……………………………………………………28 位移检测装置设计实验…………………………………………………33 振动测量装置设计实验…………………………………………………35
应变传感器实验指导书(2013版)
4R 。 R
2R ； 用四个应变片组成二个差动对工作， 且 R1= R2= R3= R4=R， R
R ；当二个应变片组成差 R
（3）称重原理 本实验选用的是标准商用双孔悬臂梁式称重传感器，灵敏度高，性能稳定，四个特性相 同的应变片贴在如图 1 所示位置，弹性体的结构决定了 R1 和 R3、R2 和 R4 的受力方向分 别相同，因此将它们串接就形成差动电桥。 （弹性体中间上下两片为温度补偿片） 当弹性体受力时，根据电桥的加减特性其输出电压为：
金属箔式应变计实验 1 实验目的
（1）了解箔式应变片的结构及粘贴方式 （2）掌握使用电桥电路对应变片进行信号调理的原理和方法 （3）掌握使用应变片设计电子秤的原理 （4）掌握应变片的温补原理和方法
2 实验原理
（1）应变片测量原理 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，测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过 测量电路，即可将电阻变化转换成电信号输出。 （2）应变电桥原理 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△R1/ R1、 △R2/ R2、△R3/ R3、△R4/ R4 ，当使用一个应变片时， R 动状态工作， 则有 R 则有 R
图 1 双孔悬臂梁称重传感器 （4）温补原理 当应变片所处环境温度发生变化时，由于其敏感栅本身的温度系数，自身的标称电阻值 发生变化，而贴应变片的测试件与应变片敏感栅的热膨胀系数不同，也会引起附加形变，产 生附加电阻。 为避免温度变化时引入的测量误差，在实用的测试电路中要进行温度补偿。本实验中采 用的是电桥补偿法，如图 2 所示。
传感器实验指导书
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。
机械工程《传感器与检测技术》测试技术实验指导书
机械工程《传感器与检测技术》测试技术实验指导书机械工程测试技术实验指导书——传感器与检测技术罗烈雷编机械工程系机械工程测试技术实验指导书——传感器与检测技术一、测试技术实验的地位和作用《传感器与检测技术》课程，在高等理工科院校机械类各专业的教学打算中，是一门重要的专业基础课，而实验课是完成本课程教学的重要环节。
其要紧任务是通过实验巩固和消化课堂所讲授理论内容的明白得，把握常用传感器的工作原理和使用方法，提高学生的动手能力和学习爱好。
其目的是使学生把握非电量检测的差不多方法和选用传感器的原则，培养学生独立处理问题和解决问题的能力。
二、应达到的实验能力标准1、通过应变式传感器实验，把握理论课上所讲授的应变片的工作原理，并验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。
2、通过差动变压器静态位移性能测试和差动变压器零点残余电压的补偿电路设计，把握理论课上所讲授的差动变压器的工作原理和零点残余电压的补偿措施。
3、通过电涡流式传感器的静态标定和被测体材料对电涡流式传感器特性的阻碍实验，把握理论课上所讲授的电涡流式传感器的原理及工作性能，验证不同性质被测体材料对电涡流式传感器性能的阻碍。
4、通过差动面积式电容传感器的静态及动态特性测试，了解差动面积式电容传感器的工作原理及其特性。
5、通过磁电感应式传感器的性能和霍尔式传感器直流静态位移特性的测试方法，把握磁电感应式传感器的工作原理及其性能和霍尔式传感器的工作原理及其特能。
6、通过压电式传感器的动态响应和引线电容对电压放大器与电荷放大器的阻碍实验，把握压电式传感器的原理、结构及应用和验证引线电容对电压放大器的阻碍，了解电荷放大器的原理和使用方法。
7、通过光敏三极管和光敏电阻的性能测试，把握光电传感器的原理与应用方法。
8、热电偶和热敏电阻的性能测试的方法，把握热电偶的原理和 NTC 热敏电阻的工作原理和使用方法，并对传感器灵敏度线性度进行分析。
9、通过差动放大器和低通滤波器设计和测试，把握差动放大器和滤波器的设计方法和性能测试方法。
传感器与检测技术综合实验指导书
工业生产流水线自动化测控综合实验台传感器与检测技术综合实验实验指导书主编：梁森，王洋，计丽霞liangsen163@适用专业：电气技术及其自动化（请预习后再来实验）实验地点：技术中心 A 5062010-12-27，29传感器与自动检测技术（本科）综合实验指导书上海电机学院电气学院目录第一章流水线自动化测控综合实验台综述 (1)1.1 结构和功能综述 (1)1.2实验项目 (6)1.3实验台的配置 (7)1.4 技术参数 (8)第二章传感器与检测技术综合实验台的动作过程综述 (9)2.1 整机工作流程和步骤 (9)2.2 送料机构说明 (11)2.3 机械手搬运机构说明 (11)2.4 工件传送和分选知识 (12)2.5涉及到的其他气动元件知识 (13)第三章传感器与检测技术综合实验的目的、步骤及结果 (18)3.1 系统的初始化操作 (18)3.2 分选实验 (20)3.3 电容接近开关实验及性能测试 (26)3.4 电涡流位移传感器实验及线性化的研究 (28)3.5 应变传感器称重实验及非线性和温漂的研究 (32)第一章流水线自动化测控综合实验台综述1.1 结构和功能综述1.1.1YL237型工业流水线自动化测控综合实验台的特点本实验设备是中国亚龙科技有限公司生产的，名称为“工业流水线自动化测控综合实验台”，简称为“传感器与检测技术综合实验台”，配置了电脑和三菱PLC。
本实验指导书阐述了工业生产流水线自动化测控综合实验台的基本结构、工作原理、工作过程和操作步骤，给出了较详细的使用说明。
阅读和理解本实验指导书，也是机电一体化知识学习的一部分。
本实验台将多门理论课中学到的机械、电子、传感器、检测、PLC、电气控制等课程有关知识加以综合。
为了进行研究性实验，本实验系统还允许进行模块化拆分和组合，可以通过重新定义输入/输出口地址，重新对PLC进行编程，完成学生自己想要的动作和功能。
图1-1 流水线自动化测控综合实验台示意图图1-2 传感器与检测技术综合实验室1.1.2传感器与检测技术综合实验台总体实验目的①验证学过的几种常用传感器的原理；②对几种常用传感器的特性进行测试；③学习几种常用传感器的调试；④学习传感器在气动、流水线运行中的测控方法；⑤学习气动系统的组成；⑥学习如何组成综合测试系统等。
《传感器与检测技术》实验指导书修订详解
自动化专业《传感器与检测技术》课程实验指导书撰写人：闫奇瑾审定人：辅小荣目录第一部分绪论 (1)第二部分基本实验指导 (2)实验一箔式应变片桥路性能比较 (2)实验二电涡流式传感器的静态标定 (6)实验三差动变面积式电容式传感器的静态特性 (9)实验四霍尔式传感器静态特性实验 (11)第一部分绪论本指导书是根据《传感器与检测技术》课程实验教学大纲编写的，适用于自动化专业。
一、本课程实验的作用与任务传感器与检测技术实验是《传感器与检测技术》课程教学的重要环节，是自动化专业的专业基础实验课。
通过实验，使学生加深理解传感技术的一般理论原理，了解各种传感器性能，掌握选用原则和设计方法，学会对各种参数的测量及分析技术。
二、本课程实验的基础知识本课程主要介绍传感器与检测技术基础理论，传感器的基本原理和结构，非电量的检测技术及系统，抗干扰技术和微机在检测中的应用等。
实验要求的基础知识主要有传感器的静态和动态特性，电阻式传感器，电感式传感器、电容式传感器、磁电式传感器的基本工作原理、结构、测量电路以及应用方法等。
三、本课程实验教学项目及其教学要求第二部分基本实验指导-1-实验一箔式应变片桥路性能比较一、实验目的1．观察了解箔式应变片结构及粘贴方式。
2．测试应变梁变形的应变输出。
3．比较各桥路间的输出关系。
二、实验原理应变片是最常用的测力传感元件。
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，其电阻值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，单臂，半桥双臂，全桥电路的灵敏度依次增大。
实际使用的应变电桥的性能和原理如下：图1-1应变电桥半桥双臂和全桥电路原理已知单臂、半桥双臂和全桥电路的∑R 分别为、、。
电桥灵敏度S ＝∆V / ∆X ，于是对应于单臂、半桥双臂和全桥的电压灵敏度分别为1/4 U 、1/2U 和U 。
传感器与检测技术实验指导书
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。
传感器及检测技术实验指导书
实验一 应变电阻性能及其位移测量方法一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片单臂、半桥（双臂）和全桥测量电路的工作特点及性能。
二、基本原理：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将工程结构件的内部变形转换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变形，然后由电阻应变片将变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。
可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。
1、应变片的电阻应变效应：所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。
以圆柱形导体为例：设其长为：L 、半径为r 、材料的电阻率为ρ时，根据电阻的定义式得2rL A L R ⋅==πρρ（1-1） 当导体因某种原因产生应变时，其长度L 、截面积A 和电阻率ρ的变化为dL 、dA 、d ρ相应的电阻变化为dR 。
对式（1-1）全微分得电阻变化率 dR/R 为：ρρd r dr L dL R dR +-=2（1-2）式中：dL/L 为导体的轴向应变量L ε；dr/r 为导体的横向应变量r ε 由材料力学得： r L μεε-= (1-3)式中：μ为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为0.3～0.5左右；负号表示两者的变化方向相反。
将式（1-3）代入式（1-2）得：ρρεμd R dR L ++=)21(（1-4） 式（1-4）说明电阻应变效应主要取决于它的几何应变（几何效应）和本身特有的导电性能（压阻效应）。
2、应变灵敏度：它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。
(1)金属导体的应变灵敏度K ：主要取决于其几何效应；可取L RdRεμ)21(+≈（1-5） 其灵敏度系数为：)21(μ+==RdRK 金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化，拉伸时电阻增大，压缩时电阻减小，且与其轴向应变成正比。
传感器与检测实验指导书2013
传感器与检测技术实验指导书电气工程学院自动化专业专业名称_____________________________班级_______________________学生姓名_____________________________学号_______________________实验成绩_____________________________辽宁工业大学2013年9月目录实验一电阻应变式传感器特性实验 (1)实验二电容传感器特性实验 (5)实验三电涡流式传感器特性实验 (8)实验四压电式传感器特性实验 (12)实验五光电式传感器特性实验 (15)实验六热电式传感器特性实验 (20)附录一CSY2000系列传感器实验台说明书 (26)附录二CSY-V8.1 软件操作说明书 (27)实验一电阻应变式传感器特性实验一、实验目的1.熟悉电阻应变式传感器的结构。
2.了解单臂、半桥和全桥测量电路工作原理和性能。
3.比较单臂与半桥、全桥的不同性能，了解各自特点及全桥测量电路的优点。
二、基本原理1.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为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，& = △ 1/1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元件，通过它转换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，电桥的输出电压反映了相应的受力状态，对单臂电桥输出电压U oi= EK £ /4。
2•对半桥测量电路而言，不同受力方向的两只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。
当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U O2 =EK £/ 2。
3.全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：R i = R2= R3= R4，其变化值△ R i=A R2=A R3=A R4时，其桥路输出电压U03 = EK £。
传感器和检测技术实验指导书
传感器和检测技术实验指导书目录第一章传感器实验仪使用说明 (1)1.1 传感器系统实验箱的组成 (1)1.2 传感器 (2)1.3 V9.0数据采集卡及处理软件 (3)1.4 调节仪简介 (4)1.5 温度源及温度控制原理简介 (16)第二章传感器与检测技术实验 (17)实验一应变片单臂特性实验 (17)实验二应变片半桥特性实验 (22)实验三应变片全桥特性实验 (23)实验四应变片单臂、半桥、全桥特性比较 (24)实验五应变直流全桥的应用—电子秤实验 (25)实验六压阻式压力传感器的压力测量实验 (27)实验七差动变压器的性能实验 (29)实验八激励频率对差动变压器特性的影响 (32)实验九差动变压器零点残余电压补偿实验 (33)实验十差动变压器测位移实验 (34)实验十一差动变压器的应用—振动测量实验 (36)实验十二电涡流传感器位移特性实验 (38)实验十三被测体材质对电涡流传感器特性影响 (41)实验十四被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验 (42)实验十五电涡流传感器测振动实验 (42)实验十六K热电偶测温特性实验 (43)实验十七Pt100铂电阻(热电阻)测温特性实验 (49)实验十八线性霍尔式传感器位移特性实验 (54)实验十九开关式霍尔传感器测转速实验 (57)实验二十磁电式传感器测转速实验 (58)实验二十一光电传感器测转速实验 (60)实验二十二光纤传感器的位移特性实验 (61)实验二十三气敏传感器实验 (63)实验二十四湿敏传感器实验 (65)第一章传感器实验仪使用说明1.1 传感器系统实验箱的组成CSY-XS传感器实验箱平面图如图1.1所示：主要由机头、主板、信号源、传感器、数据采集卡、PC接口、软件等各部分组成。
图1.1 CSY-XS传感器实验箱平面图1、机头由应变梁(含应变片、PN结、NTC R T热敏电阻、加热器等)；振动源(振动台)；升降调节杆；测微头和传感器的安装架(静态位移安装架)；传感器输入插座；光纤座及温度源等组成。
《传感器与检测技术》课程设计指导书
课程设计任务书及指导书一.设计题目《压力测量仪的设计》二.设计目的（1）使同学们掌握金属箔式应变片组成的称重传感器的正确使用方法；了解压力测量仪的工作原理及其在电子天平中的应用。
（2）通过设计、安装、调试电路等实践环节，提高学生的动手能力，提高分析问题、解决问题的能力。
三.设计任务（1）学生根据设计要求完成设计与测试。
（2）在完成设计后书写课程设计报告。
四.时间安排2012年11月26日至2012年12月14日五.设计内容压力测量仪由以下五个部分组成：传感器、传感器专用电源、信号放大系统、模数转换系统及显示器等组成。
其原理框图如图1所示：图1 压力测量仪组成框图(1) 传感器测量电路称重传感器的测量电路通常使用电桥测量电路，它将应变电阻值的变化转换为电压的变化，这就是可用的输出信号。
电桥电路由四个电阻组成，如图2所示：桥臂电阻R1，R2，R3和R4，其中两对角点AC接电源电压U SL=E（+10V），另两个对角点BD为桥路的输出U SC，桥臂电阻为应变电阻。
R1R4=R2R3时，电桥平衡，则测量对角线上的输出U SC为零。
当传感器受到外界物体重量影响时，电桥的桥臂阻值发生变化，电桥失去平衡，则测量对角线上有输出，U SC≠0。
图2 传感器电桥测量电路(2) 放大系统压力测量仪的放大系统是把传感器输出的微弱信号进行放大，放大的信号应能满足模数转换的要求。
该系统使用的模数转换是3位半A/D转换，所以放大器的输出应为0V ～ 1.999V。
为了准确测量，放大系统设计时应保证输入级是高阻，输出级是低阻，系统应具有很高的抑制共模干扰的能力。
(3) 模数转换及显示系统传感器的输出信号放大后，通过模数转换器把模拟量转换成数字量，该数字量由显示器显示。
显示器可以选用数码管或液晶显示器(4) 传感器供电电源有恒压源与恒流源对于恒压源供电：参考图2，设四个桥臂的初始电阻相等且均为R，当有重力作用时，两个桥臂电阻增加△R，而另外两个桥臂的电阻减少，减小量也为△R。
传感器与检测技术实验指导书20130418
传感器与检测技术实验指导书张星霞祝诗平编西南大学工程技术学院实验管理条例................................................................................................................. (2)实验一金属箔式应片性能-----单臂电桥 ............................................ (3)实验二金属箔式应变片:单臂、半桥、全桥比较.... .. (5)实验三热电偶的原理及现象................................................................. .. (7)实验四霍尔式传感器的静态位移特性---直流激励 (9)实验五霍尔式传感器的应用---电子称之四 (10)实验六光纤位移传感器静态实验 (10)实验七、差动变面积式电容传感器的静态及动态特性 (12)实验八、气敏传感器（MQ3）实验 (13)实验九、湿敏电阻（RH）实验 (15)附录实验报告要求 (19)实验管理条例一、实验准备人员应在实验开始前10分钟打开稳压电源，调整好各实验设备，做好上课准备。
二、实验主讲教师应及时解答学生问题，且态度要和蔼，不得随意离开岗位。
三、实验结束后，实验准备人员必须检查各实验设备室，关闭稳压电源和照明用电，并锁好大门。
四、要求学生不迟到，不早退，爱护实验设备，保持室内整洁。
五、实验前要预习实验指导书，做出必要的预习报告。
六、实验中要认真听教师讲解，接好线后请老师查看，方可通电，出现事故要迅速关闭电源并报告教师。
七、实验时要认真记录测量数据，原始数据经老师查看签字后方可拆除线路，整理好桌椅，离开实验室之前应在登记本上签到，必须亲自签名，严禁代签。
八、实验中未经许可不得善自挪用其它实验台的仪器设备。
九、实验后要认真按要求完成实验报告。
传感器与检测技术实验指导书
实验一应变式传感器与检测系统实验一、实验目的1．熟悉金属箔式应变片的应变效应和测量电桥（全桥）的组成、工作原理和性能；利用应变片制作的称重实验台进行物品称重，并掌握称重实验台的定标和测量误差修正方法；2．结合称重实验系统的构建，熟悉典型的自动检测系统的硬件结构和工作原理；掌握检测技术软件（数据采集和处理软件DRVI）的基本功能和使用方法。
二、实验原理本实验所用的DRCZ-A型称重台由应变式力传感器、底座、支架和托盘构成。
其中，力传感器由测力环和4个应变片构成的全桥电路组成。
当物料加到载物台后，4个应变片会发生变形，通过电桥放大后产生电压输出。
图1称重实验台结构示意图电阻应变片是利用物体线性长度发生变形时其阻值会发生改变的原理制成的，其电阻丝一般用康铜材料，它具有高稳定性及良好的温度补偿性能。
测量电路普遍采用惠斯通电桥（如图1-2所示），利用的是欧姆定律，输出量是电压差。
图2 电阻应变片惠斯通电桥测量电路为提高测量精度，称重实验台使用前可用标准砝码对其进行标定，得到物料重量与输出电压的关系曲线，实际使用时将测量电压按该曲线反求出实际重量就。
关系曲线用y=k x+b拟合，方法有：①理论拟合；②端点连线平移拟合；③端点连线拟合；④过零旋转拟合；⑤最小二乘拟合等。
本实验用两个砝码进行标定，通过计算直线的方法（端点连线拟合）进行标定。
测量误差修正除前述的标定外，还可通过数据处理的方法来实现，如：平均值处理等。
三、实验仪器设备和器材1．计算机１台2．检测软件DRVI 1套3．称重实验台（DRCZ-A）1个4．砝码1套5．USB数据采集器1台四、实验要求1.预习要求：阅读、理解实验指导书的实验原理，并思考回答以下问题：a) 为什么称重实验台能用应变片来称重？采用全桥电路有什么优点？b) 为什么称重实验台使用前要用标准砝码进行标定？c) 如何分析称重实验台称重时所产生的误差？2. 实验内容：用DRDAQ-USB型数据采集仪和DRCZ-A型称重台称一色块的重量，并计算静态误差与该系统测量的非线性误差。
13版 传感器实验指导书9-10
《传感器原理及应用》实验指导书闻福三郭芸君周非男编著三亚学院电子技术省级实验教学示范中心2013-2修订2013版《传感器原理及应用》实验指导书修订说明1、重新编辑目录2、增加最小二乘及线性回归理论等数据处理方法3、增加实验报告范例、4、增加MATLAB、Excel相关程序5、增加有关汽车传感器等内容6、修改部分实验说明、图纸和实验数据采样表格7、增加优秀实验报告8、函数计算器的数据处理说明实验目录实验一金属箔式应变片——单臂性能实验实验二金属箔式应变片——半桥性能实验实验三金属箔式应变片——全桥性能实验实验四金属箔式应变片——电子秤实验实验五差动变压器的性能测定实验六差动变压器零点残余电压测定及补偿实验七激励频率对差动变压器特性的影响实验八电容式传感器的位移特性实验实验九直流激励时霍尔传感器位移特性实验实验十集成温度传感器的特性实验十一P t100热电阻测温实验实验十二热敏电阻的特性研究实验十三光电二极管和光敏电阻的特性研究附录1 实验箱温度控制简要原理附录2 温度控制器使用说明附录3 典型实验报告书附录4 最小二乘及线性回归理论附录5 有关MATLAB 程序附录6 函数计算器的数据处理说明实验一 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ll∆为电阻丝的轴向应变，用ε表示，常用单位με（1με=1×m mm m610-）。
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 rr ∆-=∆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。
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传感器与检测技术实验指导书电气工程学院自动化专业专业名称班级学生姓名学号实验成绩辽宁工业大学2013年9月目录实验一电阻应变式传感器特性实验 (1)实验二电容传感器特性实验 (5)实验三电涡流式传感器特性实验 (8)实验四压电式传感器特性实验 (12)实验五光电式传感器特性实验 (15)实验六热电式传感器特性实验 (20)附录一CSY2000系列传感器实验台说明书 (26)附录二CSY-V8.1软件操作说明书 (27)实验一电阻应变式传感器特性实验一、实验目的1．熟悉电阻应变式传感器的结构。
2．了解单臂、半桥和全桥测量电路工作原理和性能。
3．比较单臂与半桥、全桥的不同性能，了解各自特点及全桥测量电路的优点。
二、基本原理1．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为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换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，电桥的输出电压反映了相应的受力状态，对单臂电桥输出电压U O1= EKε/4。
2．对半桥测量电路而言，不同受力方向的两只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。
当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U O2＝EKε／2。
3．全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，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U O3＝EKε。
其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。
三、实验仪器及材料1．应变式传感器实验模板（应变式传感器－电子秤）、砝码盘、砝码；2．主控箱（数显表、±15V电源、±4V电源、电源地）。
四、实验步骤1．打开实验台左下面的柜门，取出装有如图应变式传感器（电子秤）模板。
传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。
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，加热丝阻值为50Ω左右，应变式传感器安装示意图。
2．打开实验台右下面的抽屉，取出托盘和短圆柱形砝码图1—1应变传感器安装图3．关闭主控箱电源，按下面提示为实验模板连线（图中电桥4臂电阻还没就位）。
（1）入模板电源±15V（从主控台引入），检查无误后，合上主控台电源开关，将实验模板调节增益电位器R W3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正负输入端与地短接，输出端与主控台面板上数显表输入端V i相连，调节实验模板上调零电位器R W4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档）。
关闭主控箱电源（注意：当R w3、R w4的位置一旦确定，就不能改变）。
（2）将应变式传感器的4个电阻应变片（即模板左上方的R1 R2 R3 R4）接入电桥，接好电桥调零电位器R W1，接上桥路电源±4V（从主控台引入）如实验模版图所示。
检查接线无误后，打开主控台电源。
调节R W1，使数显表显示为零。
4．电子秤上放置一只砝码，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（或500 g）砝码加完。
记下实验结果填入表1－1。
5、半桥测量（1）将应变式传感器的其中2个电阻应变片R1R2（即模板左上方的R1 R2）接入电桥作为2个桥臂与R6、R7接成直流电桥（R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器R W1，接上桥路电源±4V（从主控台引入）参照实验模版图。
检查接线无误后，合上主控台电源开关。
调节R W1，使数显表显示为零。
（2）电子称上放置一只砝码，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（或500 g）砝码加完。
记下实验结果填入表1－1中（半桥）。
6．单臂测量（1）将应变式传感器的其中一个电阻应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器R W1，接上桥路电源±4V（从主控台引入）参照实验模版图。
检查接线无误后，合上主控台电源开关。
调节R W1，使数显表显示为零。
（2）电子称上放置一只砝码，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（或500 g）砝码加完。
记下实验结果填入表1－1中（单臂）。
（3）关闭电源。
五、实验数据处理与分析1、按表1－1所记录的实验数据，在同一坐标系下绘制三种电路下的输入输出曲线。
表1－1全桥、半桥、单臂电桥输出电压与加负载重量值1．分析、总结实验过程，记录实验数据。
2．根据表1－1计算系统灵敏度K＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）和非线性误差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满量程输出平均值，此处为200g（或500g）。
3．根据表1－2、根据表1－3重复计算系统灵敏度S、非线性误差δf1。
4．回答思考题。
六、思考题1．全桥测量中，档两组对边（R1、R3为对边）电阻值相同时，即R1=R3，R2=R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥。
2．某工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，如何利用这两片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。
3．从单臂、半桥到全桥，U-X关系曲线的非线性度是否下降了？为什么？4．全桥接法对应变片有没有温度补偿作用？为什么？实验二电容传感器特性实验一、实验目的1.了解电容式传感器结构及其特点；2.掌握差动电容传感器的工作原理。
二、实验内容及原理利用平板电容C＝εA／d和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（ε变）测微小位移（变d）和测量液位（变A）等多种电容传感器。
三、实验仪器及材料1. 电容传感器、测微头；2. 电容传感器实验模板、相敏检波、滤波模板；3. 数显单元、直流稳压源；4. 铜导线若干。
四、实验步骤1．关闭主控箱电源，准备接线；2．按安装示意图2-1将电容传感器装于电容传感器实验模板上，将电容传感器通过专用连接电缆与电容传感器实验模板插孔相连，利用普通导线连接数显单元和±15V直流稳压源；3．接通主控箱电源；4．接法正确则测微头左右移动时，数显表有正、负输出。
不然得调换接头； 5．电位器R W 调到最大；6．调整测微头，使刻度指示在4 mm 左右；7．调整测微头整体位置，使数显表在2V 量程上接近0 mV ，（在±200 mV 之间，）实现粗调，用定位螺丝轻轻固定住测微头，防止整体转动；8．旋动测微头，使数显表在2V 量程上接近0 mV ，（在±5 mV 之间，）实现细调； 9．旋动测微头，使刻度指示减少1 mm ，确定当前位置-1 mm ，记录输出电压值； 10．旋动测微头推进电容器传感器动极板位置，每间隔0.2mm 记下位移X 与输出电压值，填入表2－1中。
五、实验数据处理与分析1.分析、总结实验过程，利用实验数据绘制输出电压与位移的关系曲线。
表2－1电容传感器位移与输出电压值图2—1安装示意图2. 根据表2－1数据计算电容传感器的系统灵敏度K和非线性误差δf。
六、思考题1．电容传感器实验模板上的L1、L2的作用是什么？2．是否可以选用其它测量电路？3．电容器传感器的3种测量方法，输出和输入是非线性关系的是哪种？通常用怎样的测量电路来解决？成绩给定：教师签字：实验三 电涡流式传感器特性实验一、实验目的1. 了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。
2. 了解电涡流传感器的结构及应用。
二、实验内容及原理高频反射式电涡流传感器和金属测片（三种—铁片、铝片和铜片）安装于振动台上，如图3-1所式，将电涡流传感器的线圈通以高频电流，则激励线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。
三、实验仪器⒈ 实验平台、直流电源、数显单元；⒉ 电涡流传感器、振动台、测微头、（铁、铜、铝圆片）；图3—1电涡流传感器安装示意图⒊ 电涡流传感器实验模板； 4． 铜导线若干；四、实验步骤1．关闭主控箱电源，观察传感器结构；2．将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有L 的两端插孔中，作为振荡器的一个元件，用连结导线从主控台接入15V 直流电源接到模板上标有＋15V 的插孔中；3．将实验模板输出端Vo 与与通信接口（A ）相连（或将V 0与数显单元输入端V i 相接，数显表量程切换开关选择电压20V 档）；4．开启主控箱电源开关；5．双击计算机桌面CSY-V8.1.EXE 图标，进入实验系统，进行实验设置，选择静态实验；6．使测微头与传感器线圈端部接触，点击开始按扭，出现静态测量值，改变测微头位置，每0.2mm 点击下一步，测量8mm 的数据。
注：也可直接由数显单元读取电压值，记录数据，分析1mm 、3mm 、5mm线性区域的灵敏度和线性度。
图3—2 电涡流传感器位移实验接线图五、实验数据处理与分析1、分析、总结实验过程，利用表3-1中实验数据，绘制输入输出曲线。
表3—12. 采用端基法，分析3mm线性区域的灵敏度和线性度。
六、思考题1、请举电涡流传感器应用的例子；2、总结电涡流传感器的特点；改变被测金属片对测量结果的影响。
3、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量±5mm的量程应如何设计传感器？成绩给定：教师签字：实验四压电式传感器特性实验一、实验目的1．了解压电式传感器的原理、压电加速度传感器的构成及应用。
2．. 熟悉和掌握压电传感器的测量振动的原理和方法。
二、实验原理压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。
（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。
压电式传感器测量振动系统由低频振荡源、压电传感器、电荷放大器、同相放大器和低通滤波器组成。
三、实验仪器⒈实验平台；⒉压电传感器，振动台；⒊压电式传感器实验模板；⒋检波、移相、低通滤波器模板；⒌铜导线若干；四、实验步骤1．关闭主控箱电源，准备接线；2．压电传感器已装在振动台面上；3．将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔；4．将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，见图4－1，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。