传感器技术实验指导书.doc

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PAGE 第 页 PAGE \* Arabic 0 传感器与检测技术实验指导书 陈树越,吴志敏,杨小英 编 信息科学与工程学院 2013年5月 目 录 TOC \o 1-1 \h \z \u 实验一 金属箔式应变片——半桥、全桥性能实验 2 实验二 压阻式压力传感器的压力测量实验 6 实验三 热电偶、热电阻特性测试 9 实验四 电涡流传感器特性实验 13 实验一 金属箔式应变片——半桥、全桥性能实验 一、实验目的: 1、了解金属箔式应变片的应变效应。 2、掌握单臂电桥、半桥和全桥的工作原理及线路连接方法。 3、了解单臂电桥、半桥和全桥的不同性能,区分其优缺点。 二、基本原理: 1、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: 式中为电阻丝电阻的相对变化,为应变灵敏系数,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的受力状态变化,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。 2、单臂电桥:输出电压O1。 3、半桥:不同受力方向的两片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。当两片应变片阻值和应变量相同时,其桥路输出电压Uo2=。 4、全桥: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,当应变片初始阻值:R1= R2= R3= R4,其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时,其桥路输出电压Uo3=。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。(以防重复,单臂电桥为选做内容,实验方法自己设计。) 应变片 引出线 固定垫圈 固定螺丝 限程螺丝 模块 弹性体 应变片 引出线 固定垫圈 固定螺丝 限程螺丝 模块 弹性体 托盘 加热丝 应变片 图1-1 应变式传感器安装示意图 四、实验步骤: (一)、半桥实验(差动电桥) 1、图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。可用万用表进行测量判别,R1= R2= R3= R4=350Ω左右。 2、差动放大器调零:接入模块电源±15V、接地(从主控箱引入),将差动放大器的正、负输入端与地短接,输出端Vo2与主控箱面板上的数显表电压输入端Vi相连,检查无误后,合上主控箱电源开关,将实验模块调节增益电位器Rw3调节大致到中间位置,再进行差动放大器调零,方法为调节实验模块上调零电位器Rw4,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。(实验过程中Rw3, Rw4保持不变) 3、电桥调零:R1、R2为实验模块左上方的应变片,注意R2应和R1受力状态相反,即将传感器中两片受力相反(一片受拉、一片受压)的电阻应变片作为电桥的相邻边。将应变片R1、R2接入下方的电桥当中,接入桥路电源±4V,检查接线无误后,合上主控箱电源开关,调节电桥调零电位器Rw1进行桥路调零。 4、在电子秤上放置一只砝码(20g),读取数显表数值,依次增加砝码和读取相应的数显表值,直到200g砝码加完。记下实验结果填入表1-1,关闭电源。若实验时无数值显示说明R2与R1为相同受力状态应变片,应更换另一个应变片。 接主控箱电源输出 接主控箱电源输出 接主控箱电源输出 接数显表 Vi 地 图1-2 应变式传感器半桥实验接线图 表1-1 半桥输出电压与加负载重量值 重量(g) 电压(mv) 5、根据表1-1画出输出电压与所加砝码重量的关系曲线,观察曲线趋势,得出结论。 6、根据表1-1计算系统灵敏度S,S=(输出电压变化量;重量变化量)。 (二)全桥实验 1、接着上面的半桥实验,电桥调零:将应变片R1、R2、R3、R4接入下方的电桥当中,检查接线无误后,合上主控箱电源开关,调节电桥调零电位器Rw1进行桥路调零。 图1-3全桥实验接线2、根据图1-3接线,实验方法与实验一相同。将实验结果填入表1-2;进行灵敏度计算。 图1-3全桥实验接线 表1-2全桥输出电压与加负载重量值 重量(g) 电压(mv) 3、根据表1-2画出输出电压与所加砝码重量的关系曲线,观察曲线趋势,得出结论。 4、根据表1-2计算系统灵敏度S,S=(输出电压变化量;重量变化量)。 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。 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、比较半桥、全

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