传感器实验指导书

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1、传感器原理及测试基础实验指导书西北工业大学明德学院2013年9月实验一金属箔式应变片及电桥性能实验一、实验目的了解金属箔式应变片的应变效应及电桥工作原理和性能。二、实验仪器传感器实验箱（一）、应变片传感器模块、托盘、砝码、数显直流电压表、直流稳压电源、万用表。三、实验原理1.传感器及电桥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ΔR/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，为电阻丝长度相对变化（即纵向应变）。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组件，如图1-1

2、所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。图1-1图1-2通过这些应变片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。常用电桥有：单臂电桥、半桥、全桥。如图1-2所示R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压（1-1）E为电桥电源电压，R为固定电阻值，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L＝。2.仪用放大器由于电桥输出电压较小，为提高传感器测量的分辨率，对输出信号需要放大，放大常采用的电路是仪器测量专用放大器，简称为仪用放大

3、器。该放大器具有输入阻抗高、共模抑制比高、性能稳定性好等特点，被广泛用在精密测量电路中。下图为仪用放大器电路原理图。在满足条件下，其输出与输入关系为（1-2）四、实验内容与步骤1．图1-1应变传感器上的各应变片已分别接到实验箱(一)左上方的R1、R2、R3、R4上，根据应变片符号上所标的箭头可以判断出应变片在弹性体上的分布情况。4个应变片的标称阻值相等，R1=R2=R3=R4=350Ω。2．从实验台上接入±15V直流电源到实验箱“直流电源”插座上，。（a）单臂电桥接线图（b）半桥接线图（c）全桥接线图图1-2实验接线图3.实验步骤(1)电路

4、连接按实验要求分别接成单臂电桥、半桥、全桥形式。接线图分别见图1-2（a）、（b）、（c）。电桥电源电压为E＝+5V，放大器电源电压为。（2）调零①首先放大器调零。将放大器输入端短接，调节RW3，使电压表示数为零。②电桥调零。在托盘未放砝码的条件下，将电桥输出接放大器的输入，调节RW1，使电压表示数为零。（3）测量。在应变片传感器托盘上放置一个砝码，读取电压表数值，依次增加砝码和读取相应的电压表值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填入表1-1。表1-1传感器受力(g)020406080100120140160180200电桥输出单臂电压

5、(mV)半桥全桥五、注意事项1.加在应变传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！2.在调零后的测试过程中，RW1、RW3应保持不变。六、实验报告根据表1－1计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）和非线性误差δf1=Δm/yF..S×100％，式中Δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差，yF·S为满量程（200g）输出平均值。实验三差动变压器性能实验一、实验目的了解差动变压器的工作原理和特性。二、实验仪器传感器实验箱（一）、差动变压器模块、测微头、差动变压器、信号源、直流电源、虚拟示波器。

6、三、实验原理1.差动传感器结构工作原理差动变压器由一只初级线圈和两只次级线圈及一个铁芯组成。铁芯连接被测物体，移动线圈中的铁芯，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈的感应电动势发生变化，一只次级感应电动势增加，另一只感应电动势则减小，将两只次级线圈反向串接（同名端连接）引出差动输出。如图所示。根据连接情况有：在理想情况下，当铁芯处在平衡位置（中间位置）时，两个次级线圈感应电压值相等，差动输出；当铁芯偏离平衡位置时，。由理论推导可知，传感器输出与铁芯偏离平衡位置的位移成线性关系，即：，输出电压的大小反映了铁芯偏离平衡位置的位移

7、，也就是被测物体的移动量。但实际上，由于差动变压器二只次级线圈的等效参数不对称、线圈的排列不均匀、不一致、铁芯特性的非线性等因素的影响，在铁芯处于差动变压器线圈中间位置时，实际输出电压并不为零。此电压称为零点残余电压，图中用表示。零点残余电压无法消除，只能采取措施进一步减小。在测量时为减小零点残余电压对测量值的影响，常采用图3-3所示补偿电路。差动变压器输出电压与激励频率关系见教材。2.千分尺（螺旋测微器）的使用（1）千分尺结构外径千分尺常简称为千分尺，由固定的尺架、测砧、测微螺杆、固定套管、微分筒、测力装置、锁紧装置等组成。固定套管上有一

8、条水平线，在这条上、下各有一列间距为1mm的刻度线，上面的刻度线恰好在下面二相邻刻度线中间。微分筒上的刻度线是将圆周分为50等分的水平线，它是旋转运动的。根据螺旋运动原理，当微分