传感技术综合实验指导书(12年)(2)
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1、传感技术综合实验指导书自动化学院测控技术与仪器教研室2012年9月目 录实验一 传感器测量特性实验1实验1 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验1实验2 磁电式转速传感器测速实验4实验3 压阻式传感器测压力实验5实验4热电阻测温特性实验6实验5 热电偶测温实验8实验二 传感器测位移实验10实验1 差动变压器测位移实验10实验2 霍尔传感器测位移实验12实验3 电涡流传感器测位移实验14实验三 传感器测量振动实验15实验1 压电式传感器测振动实验15实验2 电涡流传感器测振动实验17实验3 电容式传感器测振动实验19实验四 光纤传感器测量振动实验21实验五 LED光电转换特性实验24实验六
2、 光电探测器相对光谱响应度测试实验26实验一 传感器测量特性实验实验1 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验1. 实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。2. 实验原理：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：R / R=K式中R / R为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，通过它转换被测部位受力状态变化、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
3、。对单臂电桥输出电压Uo1=EK/4、半桥输出电压Uo2=EK/2、全桥输出电压Uo3=EK。3. 需用器件与单元：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、金属应变片、F/V表、主、副电源。4. 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FV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
4、整差动放大器的调零旋钮使FV表显示为零，关闭主、副电源。3. 根据图1-1接线，R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。RX为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档，FV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，使FV表显示为零，然后将FV表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使FV表显示为零。图1-1 电桥实验面板4. 将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平等梁的自由端（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FV表显示最小，再旋动测微头，使FV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. 分别向上、向
5、下旋动测微头，使悬臂梁的自由端产生正、负位移，记下FV表显示的值。建议每旋动测微头一周，即X0.5mm记一个数值填入下表：表1-1 单臂电桥实验数据位移（mm）0电压（mv）06. 将图1-1中的RX、R1、R2、R3其中两个换成金属应变片（注意应变极性！），构成双臂半桥，重复上述步骤（4）、（5）。记录数据，填入下表：表1-2 双臂半桥实验数据位移（mm）0电压（mv）07. 将图1-1中的RX、R1、R2、R3全部换成金属应变片（注意应变极性！），构成全桥，重复上述步骤（4）、（5）。记录数据，填入下表：表1-3 全桥实验数据位移（mm）0电压（mv）08. 实验完毕，关闭主、副电源，所有
6、旋钮转到初始位置。五. 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. 三个实验中的放大器增益必须相同。3. 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。六. 作业与思考题：1 根据表1-1至1-3计算三种情况下系统的灵敏度S，得出三种情况的灵敏度大小关系。S=u/W（u为输出电压变化量；W为重量变化量）。2 某工程技术人员在进行材料拉力测试时，在棒材上贴了两组应变片如图1-2，画图说明如何利用这四片电阻应变片组成电桥？是否需要外加电阻？图1-2 应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图实验2 磁电式转速传感器测速实验一实验目的：
7、了解磁电式传感器测量转速的原理。二基本原理：基于电磁感应原理，N匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中感应电势发生变化，因此当转盘上嵌入N个磁棒时，每转一周线圈感应电势产生N次的变化，通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速。三需用器件与单元：磁电传感器、数显单元测转速档、转动调节224V转动源单元。四实验步骤：1 磁电式转速传器按图1-3安装。传感器端面离转动盘面2mm左右，并且对准反射面内的磁钢。将磁电式转速传器输出端插入数显单元Fin孔。（磁电式传感器两输出插头插入台面板上二个插孔）磁电式传感器图1-3 磁电式传感器测转速安装示意图2 将波段开关选择转速测量档。3 将转速调节电源224V用引
8、线引入到台面板上转动单元中转动电源224V插孔，合上主控箱开关，使转速电机带动转盘旋转，逐步增加电源电压观察转速变化情况，并记录驱动电源电压值及相应的转速值。表1-4 电源电压V与转速值RV(v)R(r/s)五作业与思考题：为什么磁电式转速传感器不能测很低速的转动？实验3 压阻式传感器测压力实验一实验目的：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的变化，我们把这一变化引入测量电路，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。三需用器件与
9、单元：主、副电源、直流稳压电源、差动放大器、F/V显示表、压阻式传感器、“U”形管 及其加压配件或压力计。四实验步骤：1 了解所需单元、部件、传感器的符号及在仪器上的位置。2 如图1-4将传感器及电路连好，注意接线正确，否则易损坏元器件，差放接成同相反相均可；图1-4 压阻式传感器连线图3 接好传感器供压回路，开启主、副电源-，调整差放零位旋钮，使电压表指示尽可能为零，记下此时电压表读数。拧紧皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝，仔细地逐步由小到大调节流量计旋钮，使在414KP之间每上升1KP分别读取压力表读数，记下相应的数显表值于表1-5。表1-5 压力传感器输出电压与输入压力值压力（kpa）电压（M
10、v）实验4热电阻测温特性实验一实验目的：了解热电阻的特性与应用。二基本原理：利用导体电阻随温度变化的特性，热电阻用于测量时，要求其材料电阻温度系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。常用铂电阻和铜电阻，铂电阻在0630.74oC以内，电阻Rt与温度t的关系为： R0系温度为00C时的电阻。本实验R0=100，At=3.9684×10-2/oC，Bt=5.847×10-7/oC，铂电阻是三线连接，其中一端接两根引线主要为消除引线电阻对测量的影响。三需用器件与单元：加热源、K型热电偶、Pt100热电阻、温度控制电源、温度控制单元、温度传感器实验模板、数显单元、
11、万用表。四实验步骤：图1-5 热电阻测温特性实验1 将Pt100铂电阻三根线引入Rt的a、b上：用万用表欧姆档测出Pt100三根引线中其中短接的两根线接b端和R0端。这样Rt与R3、R1、Rw1、R4组成直流电桥，是一种单臂电桥工作形式。Rw1中心活动点与R5相接，见图1-5。2 在端点a与地之间加直流源4V，合上主控箱电源开关，调Rw1使电桥平衡，桥路输出端b和中心活动点之间在室温下输出为零。注意此时不能应用实验台上的数显表，应使用独立的万用表测量输出电压。3 加±15V运放电源，调Rw3使Uo2=0，接上数显单元，拨到2V电压显示档，使数显为零。4 在常温基础上，将设定温度值按t
