传感器实验报告

同济大学电子与信息工程学院

实验报告

实验课程名称：自动化仪表与过程控制

任课教师：苏永清

试验项目名称：传感器实验

实验教师：翟志清

姓名：邓修齐学号：1452533 姓名：寿佳鑫学号：1452507

实验日期：2017.05.27、2017.06.05、2017.06.12

实验地点：电信楼121

实验一金属箔式应变片实验

一、实验目的

1.了解金属箔式应变片，单桥臂的工作原理和工作情况。

2.验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系。

二、实验原理

测量单臂、半桥和全桥测量电路下的输出电压和形变（位移）的关系。

三、实验单元及部件

直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平衡梁、测微头、一片应变片、F/V 表头、主副电源。

旋钮初始化位置：直流稳压电源打到±2V档，F/V表头2V档，差动放大器增益最大。

四、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，应变片尾

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F/V 表的输入插口Vi 相连；开启主、负电源；调接差动放大器增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V 表显示为零，关闭主、副电源。

3.据下图接线。R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻；Rx=R4 为应变片。将稳

压电源的切换开关置±4V档，F/V 表置20V 档。调节测位头脱离双平行梁，开关主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F/V 表显示为零，然后将F/V 表置2V档，在调节电桥W1（慢慢地调），使F/V 表显示为零。

4.将测微头转动到10mm 刻度附近，安装到双平行梁的自由端（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F/V 表显示最

小，再旋动测微头，使F/V 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.旋转测微头，使梁移动，每隔0.5mm读一个数，将测得数值填表，然后关闭

主、副电源。

6.保持放大器增益不变，将R3固定电阻换成与R4工作状态相反的另一应变

片，即取二受力方向不同应变片，形成半桥，调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使F/V表显示为零，重复上一步过程同样测得读数填表。

7.保持放大器增益不变，将R1、R2两个固定电阻换成另两片受力应变片（即

R1换成上下箭头R2换成下上箭头）组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反即可，否则相互抵消没有输出。接成一个直流全桥，调节测微头使梁到水平位置，调节电桥W1同样使F/V表显示零。重复上一步过程将读出数据填表。

8.实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。

五、实验结果

六、实验思考题

1.本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？

答：直流稳压电源的波纹系数小，电压调整率低，防止产生误差，放大器输入阻抗要高，同相反相放大一致。

2.根据所给的差动放大器电路原理图（见附录一），分析其工作原理，说明它

既能做差动放大，又可做同相或反相放大器。

答：当电桥后面接放大器时，电桥输出端看成开路，电桥输出式为：

U o=

R1R4−R2R3

(R1+R2)(R3+R4)

×U

应变片工作时，其电阻变化为ΔR时

U o=(R1+ΔR1)(R4+ΔR4)−(R2+ΔR2)(R3+ΔR3) (R1+ΔR1+R2+ΔR2)(R3+ΔR3+R4+ΔR4)

采用等臂电桥，即R1=R2=R3=R4=R，则上式可写为

U o=ΔR1+ΔR4−ΔR3−ΔR2

×U

相邻两应变片极性不同，即一为拉应变，另一为压应变，输出电压为两者之和，此时为差动放大器。若仅仅在电桥上接入一片应变片，当接入R1或R4位置时可当同相放大器，当接入R2或R3位置即为反相放大器。

七、实验心得

实验三十差动变面积式电容传感器的静态及动态特性

一、实验目的

1.了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性

二、实验原理

电容式传感器有多种形式，本试验仪中用的是差动变面积式。传感器由两组定片和一组动片组成。当安装与振动态的动片上、下改变位置，与两组静片之间的重叠面积发生变化，极间电容也发生相应的变化，成为差动电容。如将上层定片与动片形成的电容定位C×1，下层定片与动片形成的电容定为C×2，当将C ×1和C×2接入桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关。

三、实验单元及部件

电容传感器、电压放大器、低通滤波器、F/V表、激振器、示波器。

有关旋钮的初始位置：差动放大器增益旋钮置于中间，F/V表置于2V档。

四、实验步骤

1.按下图接线

2.F/V表打到20V档，调节测微头，使输出为零。

3.转动测微头，每次0.5mm，记下此时测微头的读数及电压表的读数，直至电

容动片与上（或下）定片覆盖面积最大为止。

4.返回测微头至初始位置。并开始以相反方向旋动，同上法，记下X(mm)及

V(mv)值。

5.计算系统灵敏度S。S=△V/△X（式中△V为电压变化，△X为相应的梁端

位移变化），并作出V—X关系曲线。

6.卸下测微头，断开电压表，接通激振器，用示波器观察输出波形。

五、实验结果