《传感器技术》实验指导书.doc

PAGE PAGE 6 《传感器技术》实验指导书 （07级微电子专业） 刘海浪　编 桂林电子科技大学 二ＯＯ九年五月 目 录 实验一 应变式传感器特性测试 2 实验二 电感式传感器特性测试 7 实验三 霍尔传感器应用实验 13 实验四 传感器应用的计算机仿真 　 16 实验一 应变式传感器特性测试 实验目的 1、掌握金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能； 2、了解学习全桥测量电路的构成及其特点、优点； 3、比较单臂电桥与全桥的不同性能、了解其特点。 实验用器件与设备 1、应变式传感器实验台； 2、传感器实验箱； 3、砝码； 4、跳线； 5、万用表等。 实验原理 直流电桥原理：在进行金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能实验之前，我们有必要先来介绍一下直流电桥的相关知识。电桥电路有直流电桥和交流电桥两种。电桥电路的主要指标是桥路灵敏度、非线性和负载特性。下面具体讨论有关直流电路和与之相关的这几项指标。 平衡条件 直流电桥的基本形式如图1-1所示。R1， R2，R3 ， R4 为电桥的桥臂电阻，RL为其负载（可以是测量仪表内阻或其他负载）。 当RL ∞时，电桥的输出电压V0应为 V0=E() 当电桥平衡时，V0=0，由上式可得到R1R4=R2R3，或 （1-1） 图1-1　直流电桥的基本形式 式（1-1）秤为电桥平衡条件。平衡电桥就是桥路中相邻两桥臂阻值之比应相等，桥路相邻两臂阻值之比相等方可使流过负载电阻的电流为零。 平衡状态 单臂直流电桥： 所谓单臂就是电桥中一桥臂为电阻式传感器，且其电阻变化为△R，其它桥臂为阻值固定不变，这时电桥输出电压V0≠0（此时仍视电桥为开路状态），则不平衡电桥输出电压V0为 V0＝ (1-2) 设桥臂比n=，由于△R1《R1，分母中可忽略，输出电压便为 V0= 这是理想情况，式（1-2）为实际输出电压，由此可求出电桥非线性误差。实际的非线性特性曲线与理想线性曲线的偏差秤为绝对非线性误差。则其相对线性误差r为： r== = （1-3） 由此可见，非线性误差与电阻相对变化有关，当较大时，就不可忽略误差了。 下面来看电桥电压灵敏度SV 。在式（1-2）中，忽略分母中项，并且考虑到起始平衡条件，从式（1-2）可以得到 V0≈ （1-4） 电桥灵敏度的定义为 SV = ≈ = （1-5） 当n=1时，可求得SV最大。也就是说，在电桥电压E确定后，当R1=R2，R3=R4 时，电桥电压灵敏度最高。此时可分别将式（1-2）、（1-3）、（1-4）、（1-5）化简为： V0= （1-6） r = （1-7） V0 ≈ （1-8） SV = （1-9） 由上面四式可知，当电源电压E和电阻相对变化一定时，电桥的输出电压，非线性误差，电压灵敏度也是定值，与各桥臂阻值无关。 差动直流电桥（半桥式）： 若图1-1中支流电桥的相邻两臂为传感器，即R1和R2为传感器，并且其相应变化为△R1和 △R2，则该电桥输出电压V0≠0，当△R1=△R2，R1=R2，R3=R4 时，则得 V0= 上式表明，V0与成线性关系，比单臂电桥输出电压提高一倍，差动电桥无非线性误差，而且电压灵敏度SV为 SV = 比使用一只传感器提高了一倍，同时可以起到温度补偿的作用。 双差动直流电桥（全桥式）：