传感器实验报告

吉林大学珠海学院

《传感器原理及工程应用》课程

实验指导书

主编：徐杭

主审：刘向阳 王丽

机电工程系

2008年4月、

前言

本书是针对机电工程系机械设计制造及其自动化专业，与《传感器原理及工程应用》这门必修专业基础课相配套，所编写的一本实验指导书。

《传感器原理及工程应用》课程实验是为了使学生更深刻地理解书本上的原理与结论，亲自动手进行验证，提高感性认

识和解决实际问题的能力，使学生能更好地掌握理论知识。所以《传感器原理及工程应用》课程实验指导书是紧密结合理论知识，根据教学大纲要求以实验报告形式所编写的一本实验指导书。

本实验指导书根据课时要求与课程的重点内容，一共编写了三个实验：金属箔式应变片——全桥性能实验，电容式传感器的位移特性实验，直流激励时霍尔传感器位移特性实验。实验内容包括实验目的、预习要点、基本原理、实验设备及仪器、实验说明及操作步骤、实验注意事项、思考题、实验报告等。

由于编者水平有限，加之时间仓促，书中错误在所难免，恳请读者批评指正。

编者

2008年4月

目 录

学生实验守则

实验一 金属箔式应变片——全桥性能实验实验二 电容式传感器的位移特性实验

实验三 直流激励时霍尔传感器位移特性实验

学生实验守则

1、学生必须按照教学计划规定时间，或预定的时间上实验

课，不得迟到，早退或无故缺课。

2、必须遵守实验室的各项规章制度，服从实验教师指导，

保持室内清洁，卫生，安静，有序。实验室内不得吸烟，接打手机。

3、遵守操作规程，注意人身安全。未经教师允许不许动用

与本实验题目无关的仪器设备；凡因违反操作规程或擅自动用其他设备而造成损坏的，应按学校规定赔偿。

4、实验前必须认真阅读实验指导书，明确实验目的，理解

实验原理，掌握实验步骤，填写实验报告中的相应内容；

实验中要正确操作，仔细观察，认真记录实验数据，经教师签字后方可结束实验；课后要独立完成实验报告，并按时交给实验教师批阅。

5、实验完毕后，应将实验仪器及用过的工具清理复原，搞

好室内卫生，关好水电门窗，经教师同意后方可离开实验室。

实验一 金属箔式应变片——全桥性能实验

一．实验目的

了解全桥测量电路的原理及优点

二．预习要点

1．什么是应变式传感器？它的工作原理是什么？

2．什么叫应变效应？

3．试述应变片温度误差的概念，产生原因和补偿办法。

4．什么是直流电桥？若按不同桥臂工作方式，可分为哪几种？

三．基本原理

全桥测量电路中，将四个应变片接入到电桥中（受力性质相同的两个应变片接入电桥对边），当应变片初始阻值：R1=R2=R3=R4，当有应变产生时，其电阻变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时，其桥路输出电压U03=KEε。其输出灵敏度比半桥又提高一倍，非线性误差和温度误差均得到明显改善。

四．实验设备及仪器

1．应变式传感器实验模板

2．砝码

3．数显表

4．15V电源，5V电源

五．实验内容与步骤

1. 应变片的安装位置如图1-1所示，应变式传感器已装到应变

传感器模块上。传感器中各应变片已接入模板左上方的R1，

R2，R3，R4。可用万用表进行测量，R1= R2= R3= R4=350Ω。

2. 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，顺时针调节Rw2使之大致位置位于中间位

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Rw3，使数显表为零，（数显表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源。（注意：当Rw2的位置一旦确定，就不能改变。）

3. 根据图1-2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，即将传感器中两片受力相反（一片受拉，一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。接入桥路电源5V，此时应将5V地与15V地短接（因为不共地）。

调节电桥调零电位器Rw1进行桥路调零。

4. 在砝码盘上放置一个砝码，读取数显表数值，以后每增加一

个砝码并读取相应的数显表值，直到200g砝码加完。记下实验结果填入表1-1，关闭电源。

表1-1 全桥输出电压与加负载重量值

重量（g）

电压

（mv）

5. 根据表1-1计算系统灵敏度（ΔU：输出电压的变化量，ΔW：

重量变化量）和非线性误差式中Δm（多次测量时的平均

值）为输出值与拟合直线的最大偏差：y FS满量程输出平均值，此处为200g。

6、实验注意事项：

1. 不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感

器。

2. 电桥的电压为5V,绝对不可错接成15V，否则可能烧毁应变

片。

7、思考题：

1. 全桥测量中，当两组对边（R1，R3为对边）值R相同时，即

R1=R3，R2=R4，而R1R2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伸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。

8、实验报告要求：

1根据所记录的数据绘制出全桥时传感器的特性曲线。

2比较单臂，半桥，全桥输出时的灵敏度和非线性度，并从理论上加以比较，得出相应的结论。

实验二 电容式传感器的位移特性实验

一．实验目的

了解电容式传感器结构及其特点

二．预习要点

1．根据工作原理可将电容式传感器分为哪几种类型？

每种类型各有什么特点？

三．基本原理

利用平板电容和其他结构关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε，S，d中三个参数，保持两个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测量谷物干燥度（ε发生变化），测微小位移（变d）和测量液位（变ε）等多种电容传感器。变面积型电容传感器中，平板结构对极