传感器实验指导书(1) 2

《传感器检测技术》

实验指导书

适用专业：电子信息工程

电子科学与技术

电气工程及其自动化

撰写人：张春光

审核人：赵守忠

安徽三联学院

信息与通信技术系

目录

实验一金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验 (3)

(一)单臂电桥性能实验

(二)半桥性能实验

(三)全桥性能实验

（四）金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较

实验二直流全桥的应用――电子秤实验 (7)

实验三电容式传感器的位移特性实验 (9)

实验四差动变压器的位移特性实验 (11)

实验五直流激励时霍尔式传感器位移特性实验 (14)

实验六光纤传感器的位移特性实验 (16)

实验七光电式传感器测速电路实验 (18)

实验八磁电式传感器测速电路实验 (21)

实验九温度传感器温度特性实验 (23)

（一）PN 结温度传感器温度特性实验

（二）负温热敏电阻温度特性实验

（三）集成温度传感器 LM35 温度特性实验

实验一金属箔式应变片实验模块

实验学时数：2学时

实验类型：验证性

实验要求：必做

一、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状况。比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。了解全桥测量电路的优点。比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。

二、基本原理：

金属箔式应变片传感器是利用金属丝在外力作用下产生应变效应的原理制成的一种传感器。我们知道电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值会发生变化，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 为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数，ε（∆ι/ι）为电阻丝长度相对变化量，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的变化、电桥的作用是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

三、需用器件与单元：

1 号金属箔式应变片传感器实验模块（K1、K2、K3 的状态分别为OFF、ON、ON）、14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、砝码200g（100g 一只，50g 两只）、±12V电源、±5V 电源、0-2V 数显表

1 号金属箔式应变片传感器实验模块、14 号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、砝码200g、±12V 电源、±5V 电源、0-2V 数显表。

1 号金属箔式应变片传感器实验模块、14 号交直流、全桥、测量、差动放

大实验模块、砝码200g、±12V 电源、±5V 电源、0-2V 数显表

四、实验步骤：

(一)单臂电桥性能实验

1、将实验箱上电源供给区+5V、-5V 输出孔接至1 号应变片模块的+4V、-4V 孔。

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2、将14 号模块接入±15V 电源（从实验箱电源供给区+12V、-12V 接入），检查无误后，打开实验箱电源开关，实验模块±15V 指示灯应亮，断开电源

3、1 号模块的+VIN、-VIN 分别和14 模块的VIN+、VIN-相连，14 号模

块的VO2、GND 分别与实验箱电压数显表的IN、GND 相连。W3 和W4 为增益调节旋钮，W5 和W6 为调零旋钮，调节电位器W5 和W6，使数显表显示为零（若调不到零，请微量调节W3、W4）W3、W4、W5、W6 的位置一旦确定，就不能改变。一直到做完实验为止。具体连线见图

4、在秤盘上放一只50g 砝码，读取数显表数值，按表依次增加砝码，读取相应的值，直到200g 砝码加完。记下实验结果填入表，关闭电源

重量（g）50 100 150 200

电压(mv)

5、根据表1-1 计算系统灵敏度S＝∆U/∆W(∆U 输出电压变化量，∆W 重量变化量)。

（二）半桥性能实验

不同受力方向的两只应变片如图 1 -1 中R1 和R2 或R3 和R4 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 02＝EKε/2。

实验步骤同单臂电桥实验（应变片为受力状态不同的两只，内部已连好），

K1、K2、K3、的状态分别为ON、ON、OFF。

将实验数据记入表，计算灵敏度S 2＝∆U/∆W。

重量（g）50 100 150 200

电压(mv)

（三）全桥性能实验

实验步骤同单臂电桥实验，K1、K2、K3 的状态分别为ON、OFF、OFF。将实验数据填入表1-3，最后进行灵敏度计算

重量（g）50 100 150 200

电压(mv)

（四）金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较

根据实验一、二、三中所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度，从理论上进行分析比较。阐述理由（注意：实验一、二、三中的放大增益必须相同）。

五、思考题

单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以

1、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边（2）邻边。

2、桥路（差动电桥）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？（2）应变片应变效应是非线性的（3）调零值不是真正为零。

3、全桥测量中，当两组对边（R 1、R 3为对边）电阻值R 相同时，即R 1＝R 3，R 2＝R 4，而R 1≠R 2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。

4、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。

六、实验报告

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