箱式实验指导书.doc

传感器与检测技术 实 验 指 导 书 物电学院实验室  目 录 实验一 应变片单臂、半桥、全桥特性比较试验 1 实验二 电容式传感器的测位移实验 7 实验三 差动变压器的性能实验 12 实验四 压电式传感器测振动实验 15 实验五 线性霍尔式传感器位移特性实验 17 实验六 集成温度传感器（AD590）温度特性实验 19 实验七 K型热电偶测温特性实验 20 实验八 NTC热敏电阻温度特性实验 21 实验九 光纤位移传感器测位移特性实验 22 实验十 气敏传感器实验 24 实验十一 湿敏传感器实验 25  实验一 应变片单臂、半桥、全桥特性比较试验 一、实验目的： 了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥、半桥、全桥电路工作原理和性能。 比较单臂电桥与半桥、全桥测量电路的不同性能，了解全桥测量电路的优点。 比较单臂电桥、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。 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为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化，电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。 (a) 单臂 （b）半桥 （c）全桥 图1—1 应变片测量电路 对单臂电桥（a）输出电压 Uoa= EKε/4。对于半桥电路（b），不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当应变片阻值和应变量相同时，半桥路输出电压 UOb＝EKε／2。在全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值R1＝R2＝R3＝R4，且其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，全桥路输出电压U0c＝KEε，它的输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。 三、需用器件与单元： 应变式传感器实验模块、应变梁、振动台、砝码、F/V电压表、±4V电源、万用表、箔式应变片输出口、电桥、差动放大器。 四、CSY—XS—01传感器实验仪介绍 CSY—XS—01传感器实验仪如下图所示：主要由机头、主板、信号源、传感器、数据采集卡、PC接口等各部分组成。 图1—2 CSY—XS—01传感器实验仪 机头 由应变梁（含应变片、PN结、NTC RT热敏电阻、加热器等）；振动源（振动台）；升降调节杆；测微头和传感器的安装架（静态位移安装架）；传感器输入插座；光纤座及温度源等组成。 主板部分 主板部分有八大单元电路组成：智能调节仪单元；频率/电压显示（F/V表）单元；音频振荡器（1Hz~10KHz可调）和低振荡器（1Hz~30Hz可调）单元；直流稳压电源输出单元（提供高稳定的±15V、±5V、±4V、±1.2V~±12V可调等）；数据采集和RS232PC接口单元；传感器的输出口单元；转动源单元；各种传感器的调理电路单元。 信号源 温度源＜150℃（可调）； 振动源1Hz~30Hz； 转动源0~2400r/min 传感器 实验箱 供电：AC 220V 50Hz 功率0.2KW 五、实验步骤： 在应变梁自然状态（不受力）的情况下，用4 ? 位数显万用表2kΩ电阻档测量所有应变片组织；在应变梁受力状态（用手压、提振动台）的情况下，测应变片阻值，观察一下应变片阻值变化情况（标有上下箭头的4片应变片纵向受力阻值有变化；标有左右箭头的2片应变片横向不受力阻值无变化，是温度补偿片）。如下图1—3所示。 图1—3 观察应变片阻值变化情况示意图 差动放大器调零点：图1—4为主板中的差动放大器单元。图中，左图为原理图。其中IC1—1 AD620是差动输入的测量放大器（仪用放大器）；IC1—2为调零跟随器。右图为实验面板图。 图1—4 差动放大器原理与面板图 按图1—5示意接线。将F/V表的量程切换开关切换到2V档，合上实验箱主电源开关，将差动放大器的拨动开关拨到“开”位置，将差动放大器的增益电位器按顺时针方向轻轻转到底后再逆向回转半圈，调节调零电位器，使电压表显示电压为零。差动放大器的零点调节完成，关闭主电源。 图1—5 差放调零接线图 应变片单臂电桥特性试验： 将主板上传感器输出单元中的箔式应变片（标有上下箭头的4片应变片中任意一片为工作片）与电桥的输出接差动放大器的二输入端，将W1电位器、r电阻直流调节平衡网络接入电桥中（W1电位器二固定端接电桥的±4V电源端、W1的活动端r电阻接电桥的输出端）；如图1—6示意接线（粗