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检测与传感技术 周志刚 湖南文理学院电气与信息工程学院 2012年9月 CSY－998型传感器系统实验仪使用说明 一、实验仪简介 　　CSY－998型传感器系统实验仪是由浙江大学杭州高联传感技术有限公司研制生产的一种专门用于检测与传感技术课程实验教学的仪器，该实验仪如图一所示。它主要由各类传感器（包括应变式、压电式、磁电式、电容式、霍尔式、热电偶、热敏电阻、差动变压器、涡流式、气敏、湿敏、光纤传感器等）、测量电路（包括电桥、差动放大器、电容放大器、电压放大器、电荷放大器、涡流变换器、移相器、相敏检波器、低通滤波器等）及其接口插孔组成。该系统还提供了直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器、F/V表、电机控制等。 图一　CSY－998型传感器系统实验仪 实验一　金属应变片性能：单臂、半桥、全桥功能比较 实验学时：2 实验类型：验证 实验要求：必做 一、实验目的 1、观察了解金属应用片的结构和粘贴方式； 2、测试悬臂梁变形的应变输出； 3、验证单臂、半桥、全桥测量电桥的输出关系，比较不同桥路的功能。 二、实验原理 　　应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。 电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为△R1/ R1、△R2/ R2、△R3/ R3、△R4/ R4 ，桥路的输出与成正比。当使用一个应变片时，；当使用二个应变片时，；若二个应变片组成差动状态工作，则有；用四个应变片组成二个差动对工作，且R1= R2= R3= R4=R，。 根据戴维南定理可以得出电桥的输出电压近似等于，电桥的电压灵敏度Ku=V/△R/R，、、和E。由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大；当E和电阻相对变化一定时，电桥的输出电压及其电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。 三、实验内容 1、验证单臂电桥的输出关系 2、验证差动半桥的输出关系 3、验证差动全桥的输出关系 4、比较单臂、半桥、全桥的灵敏度 四、实验步骤： 1、设定旋钮的初始位置：直流稳压电源打到±2V档，电压表打到2V档，差动放大器增益打到最大。 2、将差动放大器调零。方法：用实验线将差放的正负输入端与地端连接在一起，增益设置在最大位置，然后将输出端接到电压表的输入插口，打开主、副电源，调整差放的调零旋钮使表头指示为0。 3、根据图1的电路结构，利用电桥单元上的接线插孔和调零网络连接好测量线路（差动放大器接成同相或反相均可）。图中R4为工作应变片，W1为可调电位器，r为调平衡电阻。电源由直流稳压电源提供。 4、调整测微头使双平行梁处于水平位置(目测)，将直流稳压电源打到±4V档。选择适当的放大增益，然后调整电桥平衡电位器，使表头指零(需预热几分钟表头才能稳定下来)。 5、旋转测微头，使梁移动，每隔0 .5mm读一个数，将测得数值填入下表，然后关闭主、副电源： 位移（mm) 电压(mV) 6、保持放大器增益不变，将R3换为与R4工作状态相反的另一应变片，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表显示表显示为零。然后旋转测微头，使梁移动，同样每隔0 .5mm读一个数，填入下表： 位移（mm) 电压(mV) 7、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（即R1换成 ，R2换成 ，）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。然后旋转测微头，使梁移动，同样每隔0 .5mm读一个数，填入下表： 8、在同一坐标纸上描出W-V曲线，比较三种接法的灵敏度S＝？ 位移（mm) 电压(mV) 五、实验组织运行要求 本实验做为《检测与传感技术》这门课程的第一次实验，应采用集中授课的方式，对CSY－998型传感器综合实验仪的使用方法进行讲授，然后在指导老师的监督下，由学生自己动手，按实验要求完成任务，最后由指导老师检查实验结果后方可离开。 六、实验条件 直流稳压电源、差动放大器、电桥、应变式传感器（电阻应变片）、电压表 七、实验注意事项 1、在更换应变片时应将电源关闭，以免损坏应变片。 2、在实验过程中如果发现电压表发生过载，应将量程扩大或将差放增益减小。 3、直流稳压电源不能打