传感器与检测技术》实验实施方案

自考“机电一体化”专业衔接考试《传感器与检测技术》课程实验环节实施方案一、实验要求根据《传感器与检测技术》课程教学要求，实验环节应要求完成3个实验项目。

考虑到自考课程教学实际情况，结合我院实验室的条件，经任课教师、实验指导教师、教研室主任和我院学术委员会认真讨论，确定开设3个实验项目。

实验项目、内容及要求详见我院编制的《传感器》课程实验大纲。

二、实验环境目前，我院根据编制的《传感器》课程实验大纲，实验环境基本能满足开设的实验项目。

实验环境主要设备为：1、486微机配置2、ZY13Sens12BB型传感器技术实验仪三、实验报告要求与成绩评定学生每完成一个实验项目，要求独立认真的填写实验报告。

实验指导教师将根据学生完成实验的态度和表现，结合填写的实验报告评定实验成绩。

成绩的评定按百分制评分。

四、实验考试学生在完成所有实验项目后，再进行一次综合性考试。

教师可以根据学生完成的实验项目，综合出3套考试题，由学生任选一套独立完成。

教师给出学生实验考试成绩作为最终实验成绩上报。

五、附件附件1 《传感器与检测技术》课程实验大纲附件2 实验报告册样式以上对《传感器与检测技术》课程实验的实施方案，妥否，请贵校批示。

重庆信息工程专修学院2009年4月14日附件1《传感器与检测技术》课程实验教学大纲实验课程负责人：段莉开课学期：本学期实验类别：专业课程实验类型：应用性实验实验要求：必修适用专业：机电一体化课程总学时：15 学时课程总学分： 1分《传感器与检测技术》课程实验项目及学时分配实验一 金属箔式应变片性能—单臂电桥一、 实验目的1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。

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、 实验内容了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。

（用测微头实现）三、 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、电压表、主、副电源。

四、 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：R Ku R ∆=式中R R ∆为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数, lu 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 14O EKuU =。

五、 实验注意事项1、直流稳压电源打到±2V 档，电压表打到2V 档，差动放大增益最大。

2、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。

3、做此实验时应将低频振荡器的幅度旋至最小，以减小其对直流电桥的影响。

六、 实验步骤1、了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。

上下二片梁的外表面各贴二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电压表的输入插口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电压表显示为零，关闭主、副电源，拆去实验连线。

3、根据图１接线。

R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。

R X =R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V 档，电压表置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，使电压表显示为零，然后将电压表置2V 档，再调电桥W1（慢慢地调），使电压表显示为零。

图 14、将测微头转动到10mm 刻度附近，安装到双平衡梁的自由端（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）使电压表显示最小，再旋动测微头，使电压表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。

5、往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下电压表显示的值。

建议每旋动测微头位移（mm ） 0.5 1 1.5 2 2.5 电压（mv ）1001301601902206、根据所得结果计算灵敏度S X=∆（式中X ∆为梁的自由端位移变化，V ∆为相应电压表显示的电压相应变化）。

7、实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。

七、 实验报告在实验报告中填写《实验报告一》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。

八、 实验思考题本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？答：直流电源要稳定；放大器零漂要小。

实验二 热电偶原理及现象一、实验目的1、观察了解热电偶的结构。

2、熟悉热电偶的工作特性。

3、学会查阅热电偶分度表。

二、实验内容通过观察热电偶的现象了解热电偶的工作原理和特性。

三、预备知识热电偶的热电势与温度之间的关系式：(,)(,)(,)o n n o Eab t t Eab t t Eab t t =+ 其中： t ------热电偶的热端（工作端或称测温端）温度。

tn------热电偶的冷端（自由端即热电势输出端）温度也就是室温。

to------0℃ 1、热端温度为t,冷端温度为室温时热电势。

(,)100*2n EEab t t =电压表显示 (100为差动放大器的放大倍数，2为二个热电偶串联)。

2、热端温度为室温，冷端温度为0℃，铜－康铜的热电势：(,)n o Eab t t :查以下所附的热电偶自由端为0℃时的热电势和温度的关系即铜－康铜热电偶分度表，得到室温（温度计测得）时热电四、实验仪器＋15V不可调直流稳压电源、差动放大器、电压表、加热器、热电偶、水银温度计（自备）、主、副电源。

五、实验原理二种不同的金属导体互相焊接成闭合回路时，当两个接点温度不同时回路中就会产生电流，这一现象称为热电效应，产生电流的电动势叫做热电势。

通常把两种不同金属的这种组合称为热电偶。

六、实验注意事项1、电压表切换开关置2V 档，差动放大器增益最大。

2、加热时间不要超过两分钟。

3、温度计探头不要触在应变片上，只要触及应变片附近的梁体即可。

七、实验步骤1、了解热电偶在实验仪上的位置及符号，实验仪所配的热电偶是由铜－康铜组成的简易热电偶，分度号为T 。

实验仪有二个热电偶，它封装在双平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中间二根细金属丝焊成的一点，就是热电偶）和下片梁的下表面，二个热电偶串联在一起产生热电势为二者的总和。

2、按图４接线、开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使电压表显示零，记录下自备温度计的室温（此时的温度为冷端温度）。

图 43、将＋15V 直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地（加热时间不要超过2分钟）。

观察电压表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下电压表显示的读数E 。

4、用自备的温度计测出上梁表面热电偶处的温度t 并记录下来。

（注意：温度计的测温探头不要触到应变片，只要触及热电偶处附近的梁体即可）。

5、根据热电偶的热电势与温度之间的关系式：(,)(,)(,)o n n o Eab t t Eab t t Eab t t =+ 计算热端温度为t ，冷端温度为0℃时的热电势，(,)o Eab t t ,根据计算结果，查分度表得到温度t 。

6、热电偶测得温度值与自备温度计测得温度值相比较。

（注意：本实验仪所配的热电偶为简易热电偶、并非标准热电偶，只要了解热电势现象）7、实验完毕关闭主、副电源，尤其是加热器＋15V 电源（自备温度计测出温度后马上拆去＋15V 热电偶测的电压值（mv ）(,)100*2n EEab t t =电压表显示热电偶测的温度(℃) 温度计测的温度(℃)八、实验报告在实验报告中填写《实验报告四》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）九、实验思考题1、为什么差动放大器接入热电偶后需再调差放零点？答：热电偶的自由端与工作端处在室温。

2、即使采用标准热电偶按本实验方法测量温度也会有很大误差，为什么？答：热电偶测量温度时，其冷端保持温度恒定（冰点温度），热端接触待测物体，此时产生温差电动势。

但由于冷端处于室温环境中，热端与冷端温差并非热端与冰点的温差，因此必须加入冷端补偿电路，此时测得的电动势才与摄氏温度一一对应。

但由于本实验中冷端温度为室温且没有用冷端补偿器，所以导致测量温度有很大误差。

结论：自由端（冷端）与放大器的连接没有用补偿导线（或者说没有用冷端补偿器）。

实验三压电传感器引线电容对电压放大器、电荷放大器的影响一、实验目的验证引线电容对电压放大器的影响，了解电荷放大器的原理和使用。

二、实验内容采用相同的测试电路，了解引线对电压放大器和电荷放大器的影响。

三、实验仪器低频振荡器、电压放大器、电荷放大器、低通滤波器、相敏检波器、电压表、单芯屏蔽线、差动放大器、直流稳压源、双线示波器。

四、实验原理压电传感器的前置放大器有两个作用：一是把压电式传感器的高输出阻抗变换成低阻抗输出；二是放大压电传感器输出的弱信号。

根据压电传感器的工作原理及其等效电路，它的输出可以是电压信号也可以是电荷信号。

因此设计前置放大器也有两种形式：一种是电压放大器，其输出电压与输入电压（传感器的输出电压）成正比；另一种是电荷放大器，其输出电压与输入电荷成正比。

五、实验注意事项1、低频振荡器的幅度旋钮置于最小，电压表置于20V档，差动放大器增益旋钮至最小，直流稳压电源输出置于4V档。

2、低频振荡器的幅度要适当，以免引起波形失真。

3、梁振动时不应发生碰撞，否则将引起波形畸变，不再是正弦波。

4、由于梁的相频特性影响，压电式传感器的输出与激励信号一般不为1800，故表头有较大跳动，此时，可以适当改变激励信号频率，使相敏检波输出的两个半波尽可能平衡，以减少电压表跳动。

六、实验步骤1、按图27接线，相敏检波器参考电压从直流输入插口输入，差动放大器的增益旋钮旋到适中。

直流稳压电源打到±4V档。

图 272、示波器的两个通道分别接到差动放大器和相敏检波器的输出端。

3、开启电源，观察示波器上显示的波形，适当调节低频振荡器的幅度旋钮，使差动放大器的输出波形较大且没有明显的失真。

4、观察相敏检波器输出波形，解释所看到的现象。

调整电位器，使差动放大器的直流成份减少到零，这可以通过观察相敏检波器输出波形而达到，为什么？5、适当增大差动放大器的增益，使电压表的指示值为某一整数值（如1.5V）。

6、将电压放大器换成电荷放大器，重复实验。

七、实验报告在实验报告中填写《实验报告二十七》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。

八、实验思考题根据实验现象，结合压电传感器原理和电压、电荷放大器的原理，试回答引线分布电容对电压放大器和电荷放大器的性能有什么影响？答：引线分布电容的大小对电压放大器影响较大，而对电荷放大器影响较小。