传感器原理及检测技术实验指导书.docVIP

传感器原理及检测技术 实验指导书 李 锶 张敏 谭竹梅编著 机械设计制造及控制中心教材 前 言 传感器原理课程是和实际应用结合非常紧密的课程。综合实验环节是课堂理论教学的重要补充目的是使学生加深对课堂讲述理论内容的理解和掌握，使学生对常用测量传感器的工作原理、物理结构、测量电路和实际应用等形成感性认识，加深学生对传感器的选型、调理电路设计方法的理解培养学生的动手能力，进行传感器应用的自行设计，传感器为今后在工程实际中设计性能优良的传感器应用系统打下基础。 3、通过实验增加学生对传感器的感性认识。 4、验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。 二、实验内容 1、单臂电桥实验 2、半桥电路性能实验，比较金属应变片半桥和单臂桥的性能。 3、全桥电路性能实验，了解全桥测量电路的优点。 三、实验原理、方法和手段 电阻应变式传感器简称电阻应变计 , 结构如图所示。当将电阻应变计用特殊胶剂粘在被测构件的表面上时，则敏感元件将随构件一起变形，其电阻值也随之变化，而电阻的变化与构件的变形保持一定的线性关系，进而通过相应的二次仪表系统即可测得构件的变形。通过应变计在构件上的不同粘贴方式及电路的不同联接，即 敏感栅是用栅状金属箔片代替金属丝。金属箔栅采用光刻技术制造，适于大批量生产。由于金属箔式应变片具有线条均匀、尺寸准确、阻值一致性好、传递试件应变性能 好等优点，因此，目前使用的多为金属箔式应变片。 应变式传感器的工作原理 2、单臂、半桥、全桥电路的工作原理 单臂、半桥、全桥是指在电桥组成工作时，有一个桥臂、二个桥臂、四个桥臂（用应变片）阻值都随被测物理量而变化。相邻边两桥臂电阻变化是各自引起的输出电压相减，相对边二桥臂电阻变化是各自引起的输出电压相加。电桥的灵敏度Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，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。 图1-1 实验电路接线图 （3）根据图1-1接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档，F／V表置20V档。开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F／V表显示为零，等待数分钟后将F／V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F／V表显示为零。 （4）在传感器托盘上放上一只砝码，记下此时的电压数值，然后每增加一只砝码记下一个数值并将这些数值填入下表。根据所得结果计算系统灵敏度S=ΔV／ΔW，并作出V-W关系曲线，ΔV为电压变化率，ΔW为相应的重量变化率。 重量（g） 电压（mV） (5)保持放大器增益不变，将R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一应变片即取二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节电桥W1使F／V表显示表显示为零，重复（3）过程同样测得读数，填入下表： 重量（g） 电压（mV） （6）保持差动放大器增益不变，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，，调节电桥W1同样使F／V表显示零。重复（3）过程将读出数据填入下 表： 重量（g） 电压（mV） (7) 在同一坐标纸上描出X-V曲线，比较三种接法的灵敏度。 注意事项： (1) 在更换应变片时应将电源关闭。 (2) 在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。 (3) 在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。 (4) 直流稳压电源±4V不能打的过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。 (5) 接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。 六、实验报告要求 实验报告应包含下列几项内容： 1、预习报告：在预习报告中要写出实验目的、要求，需要用到的仪器设备、物品资料、实验原理图、主要操作方法以及简要的实验步骤。 2、实验数据、及处理方法：将实验中所做的每一步操作、观察到的现象和所测得的数据及相关条件如实地记录下来。实验记录中应有指导教师的签名。 3、实验结果及分析：对实验数据、实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己的看法等。 七、思考题 1、单臂桥测量时，作为桥臂电阻应变片应选用： ⑴ 正（受力）应变片 ⑵ 负（受力）应变片 ⑶ 正、负应变片均可以。 2、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： ⑴ 对边 ⑵ 邻边 3、全桥测量中，当两组对边（R11、R31为对边）电阻值R相同时， R11=R31， R21=R41而R11 ≠R21时，是否可以组成全桥？ ⑴ 可以 ⑵ 不可以 实验二：霍尔式传感器的特性及应用实验