13版传感器实验指导书9-10.doc

《传感器原理及应用》实验指导书 闻福三 郭芸君 周非男 编著 三亚学院 电子技术省级实验教学示范中心 2013-2修订 2013版《传感器原理及应用》实验指导书 修订说明 1、重新编辑目录 2、增加最小二乘及线性回归理论等数据处理方法 3、增加实验报告范例、 4、增加MATLAB、Excel相关程序 5、增加有关汽车传感器等内容 6、修改部分实验说明、图纸和实验数据采样表格 7、增加优秀实验报告 8、函数计算器的数据处理说明 实 验 目 录 实验一 金属箔式应变片——单臂性能实验 实验二 金属箔式应变片——半桥性能实验 实验三 金属箔式应变片——全桥性能实验 实验四 金属箔式应变片——电子秤实验 实验五 差动变压器的性能测定 实验六 差动变压器零点残余电压测定及补偿 实验七 激励频率对差动变压器特性的影响 实验八 电容式传感器的位移特性实验 实验九 直流激励时霍尔传感器位移特性实验 实验十 集成温度传感器的特性 实验十一 Pt100热电阻测温实验 实验十二 热敏电阻的特性研究 实验十三 光电二极管和光敏电阻的特性研究 附录1 实验箱温度控制简要原理 附录2 温度控制器使用说明 附录3 典型实验报告书 附录4 最小二乘及线性回归理论 附录5 有关MATLAB 程序 附录6 函数计算器的数据处理说明 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： 金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。 金属的电阻表达式为： （1）当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长，横截面积相应减小，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变，故引起电阻值变化。对式（1）全微分，并用相对变化量来表示，则有： （2）式中的为电阻丝的轴向应变，用ε表示，常用单位（1=1×）。若径向应变为，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比表示为，因为=2（），则（2）式可以写成： （3） 式（3）为“应变效应”的表达式。称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，受两个因素影响，一个是（1+），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是，是材料的电阻率随应变引起的（称“压阻效应”）。对于金属材料而言，以前者为主，则，对半导体，值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成比例。通常金属丝的灵敏系数=2左右。 用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，根据（3）式，可以得到被测对象的应变值ε，而根据应力应变关系 （4） 式中：σ——测试的应力； E——材料弹性模量。 可以测得应力值σ。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。电阻应变片可分为金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片。 三、需用器件与单元： 应变式传感器实验模板、砝码、数显表、±15V电源、±5V电源、万用表（自备）。 四、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的左上方的R1、R2、R3、R4。可用万用表进行测量，R1=R2=R3=R4=350Ω。 图1－1 应变式传感器安装示意图 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，使数显表显示为零，（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、按图1-2将应变式传感器的受拉应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥，（R5、R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±5V，此时应将±5V地与±15V地短接（因为不共地）如图1-2所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节Rw1，使数显表显示为零。 4、在砝码盘上放置一只砝码，