传感器与检测技术实验指导书(四个实验)

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。金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，用它来转换被测部位的受力大小及状态，通过电桥原理完成电阻到电压的比例变化，输出电压U0=EKε（E为供桥电压），对单臂电桥而言，电桥输出电压，U01=EKε/4。

（E为供桥电压）。

三、器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约20g）、数显

表、±15V电源、±4V电源、万用表(自备)。

四、实验步骤：

1、根据图(1-1),应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模

板左上方的R1、R2、R3、R4标志端。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω，加热丝阻值约为50Ω左右。

图1-1 应变式传感器安装示意图

2、实验模板差动放大器调零，方法为:①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，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置，②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RW4，使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V档)，完毕关闭主控箱电源。

3、参考图（1-2）接入传感器，将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模板左上方

的R1)接入电桥作为一个桥臂，它与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7在模块内已连接好)，接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V(从主控箱引入)，检查接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调节Rw1，再细调RW4使数显表显示为零。

图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图

4、在传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和减少砝码并读取

相应的数显表数值，记下实验结果填入表（1-1）。

5、根据表（1-1）计算系统灵敏度S：S=ΔV/ΔW(ΔV为输出电压平均变化量；ΔW重

量变化量)，计算非线性误差：δf1=Δm/yF·S×100%，式中Δm为输出电压值(多

次测量时为平均值)与拟合直线的最大电压偏差量：yF·S为满量程时电压输出平均

值。

五、思考题：

单臂电桥时，作为桥臂的电阻应变片应选用：(1)正(受拉)应变片(2)负(受压)应变片

(3)正、负应变片均可以。

实验十四电容式传感器的位移实验

一、实验目的：了解电容式传感器的结构及其特点。

二、基本原理：利用平板电容C=εA/d的关系,在ε（介电常数）、A（极板面积）、d（极

板距离）三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，就可使电容的容量(C)发生变化，通过相应的测量电路，将电容的变化量转换成相应的电压量,则可以制成多种电容传感器，如：①变ε的湿度电容传感器。②变d的电容式压力传感器。③变A的电容式位移传感器。本实验采用第③种电容传感器,是一种圆筒形差动变面积式电容传感器。

图4-1 电容式传感器安装示意图

图4-2 电容传感器位移实验接线图

三、器件与单元：电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、移相/相敏检波/滤波

模板、数显单元、直流稳压电源。

四、实验步骤：

1、按图3-1将电容传感器装于电容传感器实验模板上。

2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图4-1。

3、将电容传感器实验模板的输出端V01与数显电压表Vi相接，电压表量程置2V档，

Rw调节到中间位置。

4、接入±15V电源，将测微头旋至10mm处，活动杆与传感器相吸合，调整测微头

的左右位置，使电压表指示最小，并将测量支架顶部的镙钉拧紧，旋动测微头，每间隔0.2mm记下输出电压值(V)，填入表4-1。将测微头回到10mm处，反向旋动测微头，重复实验过程。

5、根据表4-1数据计算电容传感器的灵敏度S和非线性误差δf，分析误差来源。

五、思考题：

试设计一个利用ε的变化测谷物湿度的电容传感器？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？

实验十六直流激励时接触式霍尔位移传感器特性实验一、实验目的：了解霍尔式位移传感器原理与应用。

一、基本原理：根据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，保持KH、I不变，若霍尔元件

在梯度磁场B中运动，且B是线性均匀变化的，则霍尔电势UH也将线性均匀变化，这样就可以进行位移测量。

二、器件与单元：霍尔传感器实验模板、线性霍尔位移传感器、直流电,±源±4V、

15Ｖ、测微头、数显单元。

四、实验步骤：

1、将霍尔传感器按图5-1安装。霍尔传感器与实验模板的连接按图5-2进行。①、

③为电源±4Ｖ，②、④为输出,R1与④之间联线可暂时不接。

图5-1 霍尔传感器安装示意图

2、开启电源，接入±15V电源，将测微头旋至10mm处，左右移动测微头使霍尔

片处在磁钢中间位置，即数显表电压指示最小，拧紧测量架顶部的固定镙钉,接入R1与④之间的联线，调节RW2使数显电压表指示为零（数显表置2V档）。

图5-2 霍尔位移传感器直流激励实验接线图

3、旋转测微头，每转动0.2mm或0.5mm记下数字电压表读数，并将读数填入表5-1，

将测微头回到10mm处，反向旋转测微头，重复实验过程，填入表5-1。

作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度S和非线性误差δ。

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？