传感器原理实验指导书.doc

传感器原理及应用 实验指导书 河北理工大学计控学院 实验中心 实验一（1）? 金属箔式应变片性能—单臂电桥 实验目的：了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。 所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁、测微头、一片应变片、F/V表、主、副电源。 旋钮初始位置：直流稳压电源打到±2V档，F/V表打到2V档，差动放大器增益最大。 实验步骤： 1.了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。 2.将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正、负、地短接。将差动放大器的输出端与F/V表的输入插口Vi相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零，关闭主、副电源。 3.根据图1接线。R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻；Rx=R4为应变片。将稳压电源的切换开关置±4V档，F/V表置20V档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，是F/V表显示为零，然后将F/V表置2V档，在调电桥W1（慢慢地调），使F/V表显示为零。 4.将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平行梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使F/V表显示最小，再旋动测微头，使F/V表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。 5.往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下F/V表显示的值。建议每旋动测微头一周即△X=0.5mm记一个数值填入下表： 位移（mm） ? ? ? ? ? 电压（mV） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 6.根据所得结果计算灵敏度S=△V/△X（式中△X为梁的自由端位移变化，△V为相应F/V表显示的电压相应变化）。 7.实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。 注意事项： 1.电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。 2.做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。 问题： 1.本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？ 2.根据所给的差动放大器电路原理图（见附录一），分析其工作原理，说明它既能作差动放大，又可作同相或反相放大器。 实验一（2）金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较 实验目的：验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系。 所需单元和部件： 直流稳压电源、差动放大器、电桥、直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、测微头、双平行梁、应变片、主、副电源。 有关旋钮的初始位置： 直流稳压电源打到±2V档，F/V表、达到2V档，差动放大器增益打到最大。 实验步骤： 1.按实验一方法将差动放大器调零后，关闭主、副电源。 2.按图1接线，图中为 R4=Rx工作片，r及w1为电桥平衡网络。 3.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W1，使表头显示零（须预热几分钟表头才能稳定下来）。 4.旋转测微头，使梁移动，每隔0.5mm读一个数，将测得的数值填入下表，然后关闭主、副电源： 位移（mm） ? ? ? ? ? 电压（mV） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 5.保持放大器增益不变，将R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一应变 片即取二片受力方向不同的应变片，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表显示为零，重复⑷过程同样测得读数，填入下表： 位移（mm） ? ? ? ? ? 电压（mV） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 6.保持差动放大器增益不变，将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。重复⑷过程将读出数据填入下表： 位移（mm） ? ? ? ? ? 电压（mV） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 在同一坐标纸上描出曲线X—V，比较三种接法的灵敏度。 注意事项： 1.在更换应变片时应将电源关闭。 2.在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。 3.在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。 4.直流稳压电源±4V不能打得过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。 5.接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。 思考：要将这个电子称方案投入实际应用，应如何改进？ 实验二（1） 差动变压器性能 所需单元及部件：音频震荡器