感测技术实验讲义(选做)
传感器与检测技术实验讲义-2版
实验一 金属箔式与半导体式应变计的性能测试一．实验目的：１．观察了解箔式应变片和半导体应变片的结构及粘贴方式。
２．验证单臂、半桥、全桥的性能，比较各桥路间的输出关系。
３．说明实际使用的应变电桥的性能和原理。
４．了解温度对测试系统的影响，说明箔式应变片和半导体应变计的灵敏度和温度效应。
５．通过实验对两种应变电路的特性有充分的了解。
二．实验所需部件：直流稳压电源、应变式传感器实验模块、金属箔式应变计及温度补偿片、半导体式应变计、砝码、数字电压／频率表、应变加热（位于主机面板的温控单元下面）。
三．实验原理：1. 箔式应变片性能——单臂电桥本实验说明箔式应变片及直流电桥的原理和工作情况。
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，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，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，∑=RRR ∆；当二个应变片组成差动状态工作，则有∑=RRR ∆2；用四个应变片组成二个差动对工作，且R1= R2= R3= R4=R ，∑=RRR ∆4。
2. 箔式应变片三种桥路性能比较已知单臂、半桥和全桥电路的∑R 分别为△R/ R 、△2R/ R 、4△R/ R 。
根据戴维南定理可以得出测试电桥近似等于41·E ·∑·∑R ，电桥灵敏度Ku=V/△R/R ，于是对于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为1/4E 、1/2E 和E 。
由此可知，当E 和电阻相对变化一定时，电桥的灵敏度与各桥臂阻值的大小无关３．金属箔式应变计的温度效应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中的膨胀系数不同。
感测技术实验指导书讲解
感测技术实验指导书实验目录实验一光敏、气敏、湿敏传感器的特性实验 (1)实验二转速测量实验 (5)实验三电子秤实验 (8)实验四压力测量实验 (13)实验五温度测量实验 (16)实验六数字式传感器的应用实验 (20)附录一实验台使用说明 (22)附录二调节仪使用说明 (24)实验一 光敏、气敏、湿敏传感器的特性实验一、实验目的：1．了解光敏、气敏、湿敏传感器的基本特性； 2．学会光敏、气敏、湿敏传感器的使用。
二、基本原理：1．光敏电阻光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。
光敏电阻器的主要参数：1）亮电阻（k Ω）：指光敏电阻器受到光照射时的电阻值。
2）暗电阻(M Ω)：指光敏电阻器在无光照射（黑暗环境）时的电阻值。
3）亮电流：指光敏电阻器在规定的外加电压下受到光照射时所通过的电流。
4）暗电流(mA)：指在无光照射时，光敏电阻器在规定的外加电压下通过的电流。
5）电阻温度系数：指光敏电阻器在环境温度改变1℃时，其电阻值的相对变化。
6）灵敏度：指光敏电阻器在有光照射和无光照射时电阻值的相对变化。
2．热敏电阻热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC ）和负温度系数热敏电阻器（NTC ）。
正温度系数热敏电阻器（PTC ）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC ）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。
热敏电阻主要参数1） 标称阻值Rc ：一般指环境温度为25℃时热敏电阻器的实际电阻值。
2） 实际阻值RT ：在一定的温度条件下所测得的电阻值。
3）电阻温度系数αT ：它表示温度变化1℃时的阻值变化率，单位为%/℃。
3．湿敏电阻湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。
传感器技术检测技术实践教程共120页文档
传感器技术·检测技术实践教程东南大学仪器科学与工程学院二O O七年九月前言本实践教程用于为高等院校开设的“传感器原理与应用（技术）、”“自动检测技术”“工业自动化控制”“非电量电测技术”“光电检测、、、技术”等课程的实验教学。
本实践教程是在原有基础上征求了许多师生的意见后改编的，在编写上我们力求有较大的适应面，同时注意培养学生的应用能力和创新能力，便于学生独立操作并深入思考。
CSY－3000 型传感器技术/检测技术实验系统采用最新推出的模块化结构，使用的传感器虽然是教学型传感器（透明结构便于教学），但其结构与线路是工业应用的基础。
希望通过实验帮助学生加深理解课本知识，并在实验的过程中通过信号的拾取、转换、检测和分析，掌握作为一个科技工作者应具有的动手技能与设计能力。
当然，由于编写者时间、水平、精力所限，难免有疏漏谬误之处，热切期望您的赐教。
本实践教程中每个实验都有注意事项，希望学生认真阅读，谨慎操作，否则容易引起器件损坏。
祝学云董雷2019 年 10 月目 录第一章 硬件设备与应用软件介绍硬件设备 (4)软件使用与实验操作 (6)虚拟仪器使用方法 (19)第一节 第二节 第三节 第二章 箔式电阻应变片实验实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 (27)实验二 金属箔式应变片——半桥性能实验 (30)实验三 金属箔式应变片——全桥性能实验 (32)实验四 交流应变全桥的应用——振动测量实验 (36)第三章 变压器、电容式传感器实验差动变压器的性能实验 ............................................................................................. 39 激励频率对差动变压器特性的影响 ......................................................................... 42 差动变压器零点残余电压补偿实验 ......................................................................... 43 差动变压器的应用—振动测量实验 ......................................................................... 44 电容式传感器的位移实验 .. (46)实验五 实验六 实验七 实验八 实验九 第四章 压电、压阻、电涡流式传感器实验实验十 压阻式压力传感器的压力测量实验 (48)实验十一 压电式传感器振动测量实验 (50)实验十二 电涡流传感器位移实验 (52)实验十三 被测体材质、面积对电涡流传感器的特性影响实验 (54)实验十四 电涡流传感器振动测量实验 (56)第五章 霍尔、磁电式传感器实验直流激励时线性霍尔传感器的位移特性实验 (58)交流激励时霍尔式传感器的位移实验 ................................................................. 60 霍尔转速传感器测电机转速实验 . (62)磁电式转速传感器测电机转速实验 (64)实验十五 实验十六 实验十七 实验十八第六章温度、气敏、湿度传感器实验实验十九温度源的温度控制、调节实验 (65)实验二十 Pt100 铂电阻测温特性实验 (74)实验二十一集成温度传感器(AD590)的温度特性实验 (76)实验二十二 K 热电偶测温特性实验 (78)实验二十三 K 热电偶冷端温度补偿实验 (81)实验二十四 E 热电偶测温性能实验 (84)实验二十五气敏传感器实验 (86)实验二十六湿度传感器实验 (88)第七章光敏、光电、光纤传感器实验实验二十七发光二极管（光源）的照度标定实验 (90)实验二十八光敏电阻特性实验 (93)实验二十九光敏二极管特性实验 (95)实验三十光敏三极管特性实验 (97)实验三十一硅光电池实验 (98)实验三十二光纤传感器的位移特性实验 (100)实验三十三光电开关实验 (102)实验三十四光电转速传感器的转速测量实验 (105)实验三十五光电传感器控制电机转速实验 (107)附录（热电偶分度表）第一章硬件设备与应用软件介绍第一节硬件设备一、实验台的组成CSY－3000 系列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、实验台桌等组成。
感测技术实验(必做)
测试技术实验指导书（必做）三明学院二00九年十二月实验目录实验一转速测量实验 (1)实验二电子秤实验 (4)实验三压力测量实验 (9)实验四温度测量实验 (12)附录一实验台使用说明 (16)附录二调节仪使用说明 (18)实验一 转速测量实验一、实验目的：1．熟悉和掌握霍尔转速传感器、磁电式、光电转速传感器的工作原理。
2．了解转速的测量方法。
二、基本原理：1．利用霍尔效应表达式：U H ＝K H IB ，当被测圆盘上装上N 只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化N 次。
每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。
2．基于电磁感应原理，N 匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中感应电势：dtd Ne φ-=发生变化，因此当转盘上嵌入N 个磁棒时，每转一周线圈感应电势产生N 次的变化，通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速。
3．光电式转速传感器有反射型和直射型二种，本实验装置是反射型的，传感器端部有发光管和光电池，发光管发出的光源在转盘上反射后由光电池接受转换成电信号，由于转盘上有黑白相间的12个间隔，转动时将获得与转速及黑白间隔数有关的脉冲，将电脉计数处理即可得到转速值。
三、实验所需部件：霍尔转速传感器、磁电传感器、光电转速传感器、直流电源＋5V 、转动源2－12V 、数显单元、导线若干。
四、实验步骤：1、 根据图1－1，将霍尔转速传感器装于传感器支架上,探头对准反射面内的磁钢。
图1－1 霍尔、光电、磁电转速传感器安装示意图2、将5V直流源加于霍尔转速传感器的电源端（1号接线端）。
3、将霍尔转速传感器输出端（2号接线端）插入数显单元Fin端，3号接线端接地。
4、将转速源＋2V－12V输出旋至最小，接入三源板的转速电源孔中。
5、将数显单元上的开关拨到转速档，合上主控箱电源开关。
6、调节转速电压，可改变电机转速，观察并记录电压每增加1V时数显表转速显示的值，填入表1－1中。
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。
感测技术实验1-6
感测技术实验报告班级姓名（学号）、、实验名称一、实验目的二、实验原理及实验内容三、实验器材（型号、规格、件数）四、实验数据及记录五、数据处理及实验结果分析六、结论班级 姓名（学号） 、 、实验一 箔式应变片性能测试——差动半桥一、实验目的1．观察理解箔式应变片的结构及粘贴方式； 2．熟悉电路的工作原理；3．测试应变梁变形的应变输出。
二、实验原理本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情况。
应变片是最常用的测力元件。
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（本实验中的悬臂梁）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，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。
根据直流电桥输出电压，单臂时R R E U ∆=40，差动半桥时R R E U ∆=20，差动全桥时RRE U ∆=0，由此可见，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。
三 、实验所需部件直流稳压电源（±4V 档）、电桥、差动放大器、F/V 表、测微头、双平行悬臂梁、金属箔式应变片、主、副电源、导线若干。
四、 实验电路五、验步骤及内容 1．差动放大器调零开启仪器电源，差动放大器增益置最大（顺时针方向旋到底），“+、-”输入端用实验线对地短接，将差动放大器的输出端与F/V 表的输入插口Vi 相连。
用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零（可先把F/V 表的档位开关置于20V 档，调到零后再调到2V 档，再调零，这样灵敏度比较高些），然后拔掉实验线。
调零后“调零”电位器位置不要变化。
2．按实验电路图将实验各部件用实验线连接成测试桥路。
桥路中R1、R2为电桥中的固定电阻，W1为直流电桥调平衡电位器， Rx、R3为应变片，取二片受力方向不同应变片，形成半桥。
KNT-CG1传感器与检测技术实验台实验指导书(康尼)-选做
KNT-CG1感器技台传与检测术实验实验指导书KNT-CG1/型传感器特性实验目录KNT-CG1/型传感器特性实验目录 (2)实验一、金属箔式应变片单臂电桥性能实验 (3)实验二、金属箔式应变片半桥性能实验 (5)实验三、金属箔式应变片全桥性能实验 (7)实验四、金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较 (8)实验五、金属箔式应变片全桥温度影响实验 (8)实验六、直流全桥的应用—电子秤实验 (9)实验七、压阻式压力传感器压力测量实验 (10)实验八、差动变压器的性能实验 (12)实验九、激励频率对差动变压器特性的影响 (14)实验十、差动变压器零点残余电压补偿实验 (15)实验十一、差动变压器的应用—振动测量实验 (16)实验十二、电容式传感器的位移实验 (18)实验十三、电容式传感器的动态特性实验 (20)实验十四、直流激励时接触式霍尔位移传感器特性实验 (21)实验十五、交流激励时霍尔式位移传感器特性实验 (23)实验十六、磁电式转速传感器测速实验 (25)实验十七、用磁电式传感器测量振动实验* (25)实验十八、电涡流传感器位移实验 (26)实验十九、被测体材质对电涡流传感器特性影响实验 (28)实验二十、被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验 (29)实验二十一、光电转速传感器的转速测量实验 (30)实验二十二、利用光电传感器测转速的其它方案* (30)实验二十三、热电偶测温性能实验 (31)实验二十四、热电偶冷端温度补偿实验 (33)实验二十五、热电阻测温特性实验 (34)实验二十六、CU50温度传感器温度特性实验 (36)实验二十七、湿度传感器湿度测量实验 (36)备注：①带*号实验为思考实验，由学生自己动手组建。
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。
传感器技术及应用实验教学大纲
传感器技术及应用实验教学大纲一、实验教学目的传感器技术是现代电子信息技术中的重要组成部分，具有广泛的应用领域。
本实验旨在通过实验教学，使学生掌握传感器技术的基本原理和应用方法，培养学生的动手能力和解决实际问题的能力，为学生今后的科研和工作奠定良好的基础。
二、实验教学内容1. 传感器原理及分类1.1 传感器概述1.2 传感器的基本原理1.3 传感器的分类及应用领域2. 传感器测量技术2.1 传感器的灵敏度与线性度2.2 传感器的量程与分辨率2.3 传感器的响应时间和精度2.4 传感器的动态特性和静态特性3. 常见传感器的实验应用3.1 温度传感器的实验应用3.2 湿度传感器的实验应用3.3 压力传感器的实验应用3.4 光敏传感器的实验应用3.5 加速度传感器的实验应用3.6 气体传感器的实验应用4. 传感器信号的处理与控制4.1 传感器信号的放大与补偿4.2 传感器信号的滤波与采样4.3 传感器信号的数字化与传输4.4 传感器信号的控制与自动化5. 传感器应用系统的设计与实现5.1 传感器应用系统的选择与设计5.2 传感器应用系统的布线与安装5.3 传感器应用系统的调试与优化三、实验教学要求1. 学生能够熟练运用传感器技术的基本原理和分类知识。
2. 学生能够掌握传感器测量技术中的重要参数和性能指标。
3. 学生能够运用实验仪器和设备进行传感器实验的搭建和测试。
4. 学生能够分析实验数据，总结实验结果，并进行必要的数据处理和图表绘制。
四、实验设备和材料1. 温度传感器2. 湿度传感器3. 压力传感器4. 光敏传感器5. 加速度传感器6. 气体传感器7. 实验仪器（如示波器、多用表等）8. 实验电路板和相关元器件9. 计算机及相关软件五、实验教学流程1. 传感器技术概述和基本原理的讲解（1课时）。
2. 传感器测量技术的基本概念和参数的讲解（1课时）。
3. 常见传感器的实验应用实践（2课时）。
4. 传感器信号的处理与控制实验（2课时）。
dd感测技术实验讲义
11、将差动变压器按图2－4，安装在台面三源板的振动 源单元上，进行振动测量实验。
图2－4 差动变压器振动测量安装图
12、按图2－5接线，并调整好有关部分。调整如下：
（1）检查接线无误后，合上主控台电源开关，用示波 器观察LV峰-峰值，调整音频振荡器幅度旋钮使V=2V， （2）利用示波器观察相敏检波器输出，调整传感器连 接高度，使示波器显示的波形幅度为最小。
感测技术实验讲义感测技术实验讲义选选做做长江大学电子与信息学院长江大学电子与信息学院吴爱平吴爱平编编20062006年年77月月实实验验目目录录??实验一实验一实验二实验三实验四实验五附录一附录二位移测量实验位移测量实验振动测量实验振动测量实验热电偶冷端温度补偿实验热电偶冷端温度补偿实验气敏传感器实验气敏传感器实验交流全桥的应用交流全桥的应用实验台使用说明实验台使用说明调节仪使用说明调节仪使用说明??实验二??实验三??实验四??实验五??附录一??附录二实验一实验一位移测量实验位移测量实验??实验目的实验目的基本原理实验所需部件实验所需部件??实验所需部件实验所需部件实验步骤思考题??基本原理??实验步骤??思考题了解电容式传感器结构及其特点了解霍尔式传感器原理与应用了解霍尔式传感器原理与应用一实验目的
★由于差动变压器二只次级线圈的等效参数不对称，初
级线圈的纵向排列的不均匀性，二次级的不均匀、不一 致，铁芯B－H特性的非线性等，因此在铁芯处于差动 线圈中间位置时其输出电压并不为零。称其为零点残余 电压。
★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。
传感器与检测技术课件全文
1.1.3传感器的分类
1．按输入量（被测量）分类 2．按工作原理（机理）分类 3、按能量的关系分类 4．按输出信号的形式分类
1.2 传感器的特性
静态特性和动态特性
输入量X和输输出Y的关系通常可用多项式表示
静态特性可以用一组性能指标来描述，如线性度、灵敏度、精确度（精 度）、重复性、迟滞、漂移、阈值和分辨率、稳定性、量程等。
(4) 分贝误差 在电子学和声学等计量中，常用对数形式来表示相对误差， 称为分贝误差，它实质上是相对误差的另一种表示方式。
2、按性质分类
(1)系统误差(systematic error) 定义：在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得 结果的平均值与被测量的真值之差。 特征：在相同条件下，多次测量同一量值时，此此的绝对值和 符号保持不变，或者在条件改变时，按某一确定规律变化。 分类（变化规律不同）：恒定系统误差包括恒正系统误差和恒 负系统误差，可变系统误差包括线性系统误差、周期性系统误 差和复杂规律系统误差等。
1、线性度 也称为非线性误差，是指在全量程范围内实际
特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值与满量程输出值 之
比。反映了实际特性曲线与拟合直线的不吻合度或偏离程
度。
L
Lmax YFS
100 %
2.迟滞。传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程） 变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。即，对于同一大小的 输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。 传感器在全量程范围内最大的迟滞差值或最大的迟滞差值的一半与满量程输 出值之比称为迟滞误差，又称为回差或变差（最大滞环率）。
在仪表准确度等级及其测量标称范围或量程选择方面应注意 如下原则： ①不应单纯追求测量仪表准确度越高越好，而应根据被测量 的大小，兼顾仪表的级别和标称范围或量程上限全理进行选 择。 ②选择被测量的值应大于均匀刻度测量仪表量程上限的三分 之 二 ， 即 x>(2xm/3) ， 此 时 测 量 的 最 大 相 对 误 差 不 超 过 rx=±[xm/(2xm/3)]×s%=±1.5s%，即测量误差不会超过测量 仪表等级的1.5倍。
传感器实验PPT课件
第16章 传感器实验
16.3.2 实验设备 实验设备为ZCY型综合传感器实验仪、10MHz超低频
双踪示波器和万用表。在实验仪上用到的单元和部件有：直 流稳压电源、音频信号发生器、低频信号发生器、差动放大 器、电桥、移相器、相敏检波器、低通滤波器、螺旋测微器 和V/F表等。
第16章 传感器实验
16.3.3 实验原理 1.电阻应变式传感器静态性能实验原理 电阻应变式传感器静态性能实验的基本原理是调整螺旋
6.实验报告的内容及要求 一份好的实验报告，必须写得简单、明了，数据完整， 交待清楚，结论明确，有讨论，有分析，得出的公式或图线 有明确的使用条件。实验报告的格式虽不必强求一致，但一 般应包括下列各项： （1）实验题目，实验者及共同实验人员、班级、日期； （2）实验目的及要求；
第16章 传感器实验
（3）实验设备及环境条件； （4）实验的基本原理、实验线路、接线图或流程图； （5）实验内容及主要操作简述； （6）整理原始实验数据，作出便于处理和分析的表格、 曲线或波形； （7）根据实验数据，对传感器的原理、性能特性、技 术指标、实验现象等进行分析，对实验中发现的问题进行讨 论，提出新的设想及研究的方法。
第16章 传感器实验
传感器的测量电路集中设置在一块印刷板上，用于处理 各种传感器的输出信号，有电桥、差动放大器、相敏检波器、 移相器、低通滤波器、电涡流式传感器测量电路（涡流变换 器）、电容式传感器测量电路（电容变换器）等单元。差动 放大器、相敏检波器、移相器、低通滤波器等是公用的单元， 用于各个传感器的信号处理。各单元测量电路各自独立，可 以根据需要通过面板进行设置，组成不同的传感器系统。
第16章 传感器实验
（3）凡影响实验效果或数据整理过程中必须的数据都 需测取并记录。如天气条件、环境温度、湿度等。
传感器实验讲义(新大纲)
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一一单臂电桥 (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。
乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R l 、R 2、R 3、R 4中，电阻的相对变化R率分别为 冬/ R 1、A R 2/ R 2、A R 3/ R 3、44/ R 4,当使用一个应变片时， 刀R -R度依次增大。
变片、F/V 表、主、畐U 电源。
旋钮初始位置: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 V i 相连；开启主、副电源；调节差动放大器电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种。
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无关系?
实验二 振动测量实验
实验目的 基本原理 实验所需部件 实验步骤 思考题
一,实验目的:
★了解差动变压器的工作原理和特性. ★了解差动变压器零点残余电压补偿方法. ★了解差动变压器测量振动的原理和方法 ★了解压电传感器测量振动的原理和方法
15,据表1-3,1-4数据,画出V-X曲线,根据曲 线找出线性区域及进行正,负位移测量时的最佳工 作点,试计算量程为1mm,3 mm及5mm时的灵敏度 和线性度. 16,根据图1-6安装光纤位移传感器,二束光纤插 入实验板上的座孔上.其内部已和发光管D及光电 转换管T 相接. 17,将光纤实验模板输出端VO1与数显单元相连, 见图1-7.
3,旋动测微头,使示波器第二通道显示的波形峰- 峰值Vp-p为最小,这时可以左右位移,假设其中一 个方向为正位移,另一个方向位称为负,从Vp-p最 小开始旋动测微头,每隔0.2mm从示波器上读出输出 电压Vp-p值,填入下表2-1,再人Vp-p最小处反向 位移做实验,在实验过程中,注意左,右位移时, 初,次级波形的相位关系.
★根据霍尔效应,霍尔电势UH=KHIB,当霍尔元件处
在梯度磁场中运动时,它就可以进行位移测量.
★通以高频电流的线圈产生磁场,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.
★传光型光纤,它由两束光纤混合后,组成Y型光纤,
半园分布即双D型一束光纤端部与光源相接发射光 束,另一束端部与光电转换器相接接收光束.两光 束混合后的端部是工作端亦称探头,它与被测体相 X 距X,由光源发出的光纤传到端部出射后再经被测体 反射回来,另一束光纤接收光信号由光电转换器转 换成电量,而光电转换器转换的电量大小与间距X有 关,因此可用于测量位移.
7,根据图1-4安装电涡流传感器. 8,观察传感器结构,这是一个平绕线圈. 9,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,见图1-5. 10,在测微头端部装上铁质金属圆片,作为电涡流传 感器的被测体.
图1-4 电涡流传感器安装示图 - 电涡流传感器位移实验接线图
表2-2振荡频率与输出电压 - 振荡频率与输出电压 f(Hz) Vp-p (V)
15,取走差动变压器实验模块,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. 16,将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模块 两输入端,见图2-6,与传感器外壳相连的接线端接地, 另一端接R1.将压电传感器实验模块电路输出端VO1 接R6.将压电传感器实验模块电路输出端VO2,接入低 通滤波器输入端Vi, 低通滤波器输出VO与示波器相连.
二,基本原理:
★变压器由一只初级线圈和二只次线圈及铁芯组成,根
据内外层排列不同,有二段式和三段式,本实验采用 三段式结构.当传感器随着被测体移动时,由于初级 线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感 应电势产生变化,一只次级感应电势增加,另一只感 应电势则减少,将两只次级反向串接,就引出差动输 出.其输出电势则反映出被测体的移动量.
表1-5光纤位移传感器输出电压与位移数据 - 光纤位移传感器输出电压与位移数据 X(mm) V(v)
五,思考题:
◆本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是
什么量的变化?
◆当被测体为非金属材料如何利用电涡流传感器进
行测试?
◆在电涡流传感器测位移的实验中如果将铜圆片换
成铝圆片,在相同的条件下输出的电压与原来相比 是 1)偏大 2)偏小 3)一样大
图2-5 差动变压器测振幅系统原理图 -
13,保持低频振荡器的幅度不变,改变振荡频率用示 波器观察低通滤波器的输出,读出峰-峰电压值,记下 实验数据.填入下表2-2 14,保持低频振荡器的频率不变,改变振荡幅度,用示 波器观察低通滤波器的输出,读出峰-峰电压值,记 下实验数据,得到振幅与电压峰值曲线(定性). ( )
感测技术实验讲义 (选 做)
长江大学电子与信息学院 吴爱平 编 2006年7月 年 月
实验目录
实验一 实验二 实验三 实验四 实验五 附录一 附录二
位移测量实验
振动测量实验 热电偶冷端温度补偿实验 气敏传感器实验 交流全桥的应用 实验台使用说明 调节仪使用说明
实验一 位移测量实验
实验目的 基本原理 实验所需部件 实验步骤 思考题
图2-3零点残余电压补偿电路 - 零点残余电压补偿电路
6,利用示波器调整音频振荡器输出为2V峰-峰值. 7,调整测微头,使差动放大器输出电压最小. 8,依次调整RW1,RW2,使输出电压降至最小. 9,将第二通道的灵敏度提高,观察零点残余电压的波 形,注意与激励电压相比较. 10,从示波器上观察,差动变压器的零点残余电压值 (峰-峰值).(注:这时的零点残余电压经放大后 的零点残余电压=V零点p-p/K,K为放大倍数)
(4)用手按住振动平台(让传感器产生一个大位移) 仔细调节移相器和相敏检波器的旋钮,使示波器显示的 波形为一个接近全波整流波形. (5)松手,整流波形消失为一条接近零点线.(否则 再调节RW1和RW2).将低频振荡器输出接入振动源的 低频输入端,调节低频振荡器的幅度旋钮和频率旋钮, 使振动平台振荡较为明显.用示波器观察放大器VO相 敏检波器的VO及低通滤波器的VO波形.
图1-6光纤传感器安装示意图 - 光纤传感器安装示意图
图1-7光纤传感器位移实验接线图 - 光纤传感器位移实验接线图
18,调节测微头,使探头与反射面圆平板接触. 19,实验模板接入±15V电源,合上主控箱电源开关, 调RW使数显表显示为零. 20,旋转测微头,被测体离开探头,每隔0.1mm读出 数显表值,将其填入表1-5.根据表1-5数据,作光 1 5 1 5 纤位移传感器的位移特性,计算在量程1mm时灵敏 度和非线性误差.
6,测微头向轴向方向推进,每转动0.2mm记下一个 读数,直到读数近似不变,将读数填入表1-2.作 出V-X曲线,计算不同线性范围时的灵敏度和非线 性误差.
与输出电压V 表1-2 霍尔传感器位移 与输出电压 - 霍尔传感器位移X与输出电压
X(mm) V(mv)
图1-2 霍尔传感器安装示意图 -
图1-3霍尔传感器位移 直流激励实验接线图 - 霍尔传感器位移――直流激励实验接线图 霍尔传感器位移
图2-6 压电式传感器性能实验接线图 -
17,合上主控箱电源开关,调节低频振荡器的频率和幅 度旋钮使振动台振动,观察示波器波形. 18,改变低频振荡器的频率,观察输出波形变化. 19,用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和 输出端波形. 20,根据实验结果作出梁的振幅――频率特性曲线,指 出自振频率的大致值 注意事项:选择低频激振电压幅值不要过大,以免梁 在自振频率附近振幅过大.
2,在模块上按图2-2接线,音频振荡器信号必须从 主控箱中的Lv端子输出,调节音频振荡器的频率,输 出频率为4-5KHz(可用主控箱的频率表输入Fin来监 测).调节输出幅度为峰-峰值Vp-p=2V(可用示波 器监测:X轴为0.2ms/div).图中1,2,3,4,5,6为 连接线插座的编号.
图2-2 双踪示波器与差动变压器连结示意图 -
图1-1电容传感器位移实验接线图 - 电容传感器位移实验接线图
电容式传感器位移X与输出电压 表1-1电容式传感器位移 与输出电压 - 电容式传感器位移 与输出电压V X(mm) V(mv)
4,霍尔传感器按图1-2安装.将传感器引线插头插 入实验模板的插座中,实验模板的连接按图1-3进行 连接.1,3为电源±4V,2,4为输出. 5,开启电源,调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置, 再调节RW1使数显表指示为零.
五,思考题:
◆如何用电涡流传感器进行振动测量实验? ◆如何用磁电传感器进行振动测量实验?
实验三 热电偶冷端温度补偿实验
实验目的 基本原理 实验所需部件 实验步骤 思考题
一,实验目的:
★了解热电偶冷端温度补偿的原理与方法.
二,基本原理:
11,将实验模板输出端VO与数显单元输入端Vi相接. 数显表量程切换开关选择电压20V. 12,从主控台接入+15V直流电源到实验模板上标有 +15V的插孔中. 13,使测微头与传感器线圈端部接触,开启主控箱电 源开关,记下数显表读数,然后每隔0.2mm读一个数, 直到输出几乎不变为止.将结果列入表1-3.
★由于差动变压器二只次级线圈的等效参数不对称,初
级线圈的纵向排列的不均匀性,二次级的不均匀,不一 致,铁芯B-H特性的非线性等,因此在铁芯处于差动 线圈中间位置时其输出电压并不为零.称其为零点残余 电压.
★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.
11,将差动变压器按图2-4,安装在台面三源板的振动 源单元上,进行振动测量实验.
图2-4 差动变压器振动测量安装图 -
12,按图2-5接线,并调整好有关部分.调整如下: (1)检查接线无误后,合上主控台电源开关,用示波 器观察LV峰-峰值,调整音频振荡器幅度旋钮使V=2V, (2)利用示波器观察相敏检波器输出,调整传感器连 接高度,使示波器显示的波形幅度为最小. (3)仔细调节RW1和RW2使示波器(相敏检波器)显 示的波形幅度更小,基本为零点.
三,实验所需部件:
★音频振荡器,差动放大器模板,压电式传感器,压电
式传感器实验模块,移相器,相敏检波器,滤波模板, 数显单元,低频振荡器,示波器,直流稳压电源.
四,实验步骤:
1,根据图2-1,将差动变压器装在差动变压器实验 模板上.
图2-1差动变压器电容传感器安装示意图 - 差动变压器电容传感器安装示意图
电涡流传感器位移X与输出电压 表1-3电涡流传感器位移 与输出电压 - 电涡流传感器位移 与输出电压V X(mm) V(v)