2015下传感器实验手册(1)详解

传感器综合实验指导书

电子电气工程系

2015.6.2

目录

实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验1实验二金属箔式应变片半桥性能实验3实验三金属箔式应变片全桥性能实验4实验四金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较6实验五直流全桥的应用—电子秤实验6实验六电容式传感器的位移实验7实验七电涡流传感器位移实验8实验八被测体材质对电涡流传感器特性影响实验10实验九被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验11实验十直流激励时接触式霍尔位移传感器特性实验11实验十一霍尔转速传感器测速实验13实验十二磁电式转速传感器测速实验14实验十三热电偶测温性能实验14实验十四热电阻测温特性实验16实验十五集成温度传感器温度特性实验17实验十六气敏(酒精)传感器气体浓度测量实验20实验十七湿度传感器湿度测量实验20

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、R

2、R

3、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RW4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）。

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：δf1=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

应变片均可以。

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、基本原理：不同受力方向的两片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。当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U02=EK/ε2，比单臂电桥灵敏度提高一倍。

三、需用器件与单元：同实验一。

四、实验步骤：

1、保持实验（一）的各旋钮位置不变。

2、根据图1-3接线，R1、R2为实验模板左上方的应变片，注意R2应和R1受力状态相反，即桥路的邻边必须是传感器中两片受力方向相反(一片受拉、一片受压)的电阻应变片。接入桥路电源±4V，先粗调Rw1，再细调Rw4，使数显表指示为零。注意保持增益不变。

3、同实验一（4）步骤，将实验数据记入表（1）-2，计算灵敏度S=ΔV/ΔW，非线性误差δf2。若实验时数值变化很小或不变化，说明R2与R1为受力状态相同的两片应变片，应更换其中一片应变片。

表1-2，半桥测量时，输出电压与负载重量的关系

五、思考题：

1、半桥侧量时两片不同受力状态的电阻应变片在接入电桥时，应放在：(1)对边？(2)邻边的位置？

2、桥路测量时存在非线性误差，是因为：(1)电桥测量原理上存在非线性误差？(2)应变片应变效应是非线性的？(3)零点偏移？

一、实验目的：了解全桥测量电路的优点。

二、基本原理：全桥测量电路中，将受力状态相同的两片应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，应变片初始阻值是R1= R2= R3=R4，当其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时，桥路输出电压U03=KEε，比半桥灵敏度又提高了一倍，非线性误差进一步得到改善。

三、需用器件和单元：同实验一。

四、实验步骤：

1、保持实验（二）的各旋钮位置不变。。

2、根据图1-4接线，将R1、R2、R

3、R4应变片接成全桥，注意受力状态不要接错调节零位旋钮Rw1，并细调Rw4使电压表指示为零，保持增益不变，逐一加上砝码。将实验结果填入表1-3；进行灵敏度和非线性误差计算。

1-3，全桥测量时,输出电压与负载重量的关系

五、思考题：

1、全桥测量中，当两组对边(R1、R3)电阻值相同时，即R1= R3, R2= R4,而R1≠R2时，是否可以组成全桥：(1)可以,(2)不可以。

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，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。