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kkk kkk kkk kkk 《传感器原理及应用》 实 验 指 导 书 测控技术实验室 实验一 金属箔式应变片----单臂、半臂、全桥性能实验 一、 实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂、半臂、全电桥工 作原理和性能。 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：AR/R=K 式中：AR/R 为:AR/R电阻丝电阻相对变化,K为应变灵敏系数,=^L/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， 通过它转换被测部件受力状态变化、 电桥的作用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。对单臂电桥输出电压 U o=Ek?/4。在半桥性能实验中，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，其桥路输出电压U o =Ek?/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，不同的接入邻边，当应变片初始阻力值： R仁R2=R3=R4,其变化值 AR仁AR2=^3=出4时，其桥路输出电压 U o =Ek?。其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、 实验设备：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、 ±5V、±4V直流电源、万用表。 四、 实验方法和要求： 1、 根据电子电路知识，实验前设计出实验电路连线图。 2、 独力完成实验电路连线。 3、 找出这三种电桥输出电压与加负载重量之间的关系，并作出 Vo=F(m) 的关系曲线。 4、 分析、计算三种不同桥路的系统灵敏度 S=AU/ ( AJ输出电压变化 量，AW重量变化量)和非线性误差： Sf Am/yF sX 100%式中Am为 输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差： yFs满量程 输出平均值，此处为200g。 五、 思考题 1、 单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2） 负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。 2、 半桥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： （1） 对边（2）邻边。 3、 全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R仁R3, R2=R4，而R1M R2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。 实验二压阻式压力传感器的压力测量实验 一、 实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。 二、 基本原理：扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出 P 型或N型电阻条，接成电桥。在压力作用下，根据半导体的压阻效应， 基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，我 们把这一变化引入测量电路，贝U其输出电压的变化反映了所受到的压 力变化。 三、 实验设备：压力源、压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实 验模板、流量计、三通连接导管、数显单元、直流稳压源土 4V、土 15V。 四、 实验方法和要求： 1、 根据电子电路知识完成电路连接，主控箱内的气源部分、压缩泵、 储气箱、流量计在主控箱内部已接好。将标准压力表放置传感器支 架上，三通连接管中硬管一端插入主控板上的气源快速插座中 （注 意管子拉出时请用双指按住气源插座边缘往内压， 则硬管可轻松拉 出）。其余两根软导管分别与标准表和压力传感器接通。将传感器 引线插头插入实验模板的插座中。 2、 先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮，开通流量计。 3、 合上主控箱上的气源开关，启动压缩泵，此时可看到流量计中的滚 珠浮子在向上浮起悬于玻璃管中。 4、 逐步关小流量计旋钮，使标准压力表指示某一刻度，观察数显表显 示电压的正、负，若为负值则对调传感器气咀接法。 5、 仔细地逐步由小到大调节流量计旋钮，使压力显示在 4— 14KP之 间，每上升1KP分别读取压力表读数，记下相应的数显表值。 6计算本系统的灵敏度和非线性误差。 五、 思考题： 如果本实验装置要成为一个压力计，则必须对其进行标定，如何标定？ kkk kkk k-kk k-kk 实验三 压电式传感器测震动实验 一、 实验目的：了解压电式传感器的测量震动的原理和方法。 二、 基本原理：压电式传感器由惯性量块和受压的压电片等组成。 （仔细观 察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的震 动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应， 压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。 三、 实验设备：震动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电 式传感器实验模板、双线示波器。 四、 实验方法和要求： 1、 压电传感器已装在震动台面上。 2、 将低频震荡器信号接入到台面三源板震动源的激励插孔。