《传感器技术》实验指导书(07级微电子)

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1、《传感器技术》实验指导书（07级微电子专业）刘海浪编桂林电子科技大学二OO九年五月实验一实验二实验三实验四应变式传感器特性测试屯感式传感器特性测试霍尔传感器应用实验传感器应用的计算机仿真271316实验一应变式传感器特性测试一、实验冃的1、掌握金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能;2、了解学习全桥测量电路的构成及其特点、优点；3、比较单臂屯桥与全桥的不同性能、了解其特点。二、实验用器件与设备1、应变式传感器实验台；2、传感器实验箱；3、抵码；4、跳线；5、力•用表等。三、实验原理直流电

2、桥原理：在进行金屈箔式应变片单臂、半桥、全桥性能实验Z前，我们冇必要先來介绍一卜•直流电桥的相关知识。电桥电路有直流电桥和交流电桥两种。电桥电路的主要指标是桥路灵敏度、非线性和负载特性。下而具体讨论有关直流电路和与Z相关的这几项指标。1、平衡条件直流电桥的基本形式如图1-1所示。R”R2,Rs,Ri为电桥的桥臂电阻，K为其负载(可以是测量仪表内阻或其他负载)o当8时，电桥的输出电压V。应为V0=E(—)R1+R2R3+R4当电桥平衡时，V0二0,由上式可得到RR二RR.或卫=竺(1-1)R2R4图

3、1-1直流电桥的基本形式式（IT）秤为电桥平衡条件。平衡电桥就是桥路中相邻两桥臂阻值之比应相等，桥路相邻两臂阻值之比相等方可使流过负载电阻的电流为零。2、平衡状态单臂直流电桥：所谓单臂就是屯桥中一桥臂为电阻式传感器，且其电阻变化为其它桥臂为阻值固定不变，这时电桥输出电压WHO（此时仍视屯桥为开路状态），则不平衡屯桥输岀电压Vo为仇、©J“3丿，丿(1+现+®<&R、丿1(1-2)设桥臂比吩,由于《R“分母中聲可忽略,输出电压便为/?4YA/?,((rA1+2]+」1&丿＜尺3丿/这是理想情况，式

4、（1-2）为实际输出电压，由此可求出电桥非线性误差。实际的非线性特性曲线与理想线性曲线的偏差秤为绝对非线性误差。则其相对线性误差r为:(1-3)A/?lA/?l由此可见，非线性谋差与电阻相对变化&有关，当&较大时，就不可忽略谋差了。A/?l下面來看电桥电压灵敏度Sy。在式（1-2）中，忽略分母中K项，并且考虑到起始平衡条件—=—,从式（1-2）可以得到R2R4A/?]〜£(l+n)2R、(1-4)电桥灵敏度的定义为Ov——R\R(1+〃严(1-5)当n二1时，可求得Sv最大。也就是说,在电桥

5、电压E确定后,当R!=R2,R3二Ri时，电桥电压灵敏度最高。此时可分别将式（1-2）、（1-3）、（1-4）、（1-5）化简为：（1-6）2+也（1-7）Vo'=丄E绝（1-8）4R、Sv=-E（1-9）4AT?]曲上面四式可知，当电源屯压E和电阻相对变化勺一定时，电桥的输出电压，非线性课差,电压灵皱度也是定值，与各桥臂阻值无关。差动直流电桥（半桥式）：若图1-1中支流电桥的相邻两臂为传感器，即&和R2为传感器，并且其和应变化为△Ri和AR2,则该电桥输出电压VoHO,^AR,=AR2,R,=R

6、2,R3=R4时,则得v4£AT?,A^l上式表明，V。与尺成线性关系，比单臂电桥输出电压提高一倍，差动电桥无非线性误差,而且电压灵敏度Sv为Sv=-E2比使用一只传感器提高了一倍，同吋可以起到温度补偿的作用。双差动直流电桥（全桥式）：若图1T屮直流电桥的四臂均为传感器，则构成全桥差动电路。若满足AR产3=AR4,则输岀电压和灵敏度为V。二E当Sv=E&由此可知，全桥式直流电桥是单臂直流电桥的输出电压和灵敏度的4倍，是半桥式直流电桥的输出电压和灵敏度的2倍。四、实验方法与步骤（一）、全桥电路性能测

7、量：1.关闭实验台总电源，将红色线接入P1或者P5口，黄色线接入P2或者P3口，将黑色线接入P4或者P8I」，将蓝色线接入P6或P7M；2.用导线把全桥电路信号处理模块的T8口接到信号输出模块的T4或T5,然后用信号线连接信号输出模块的BNC接口和多通道数据采集模块的通道5上。3.用电源线将基础实验台上多路输出电源引接到传感器开放电路主板上；把主板上的5V、+12V、一12V的电源开关拨到ON。4.用万用表测量T8I」的对地电压，如果该点电压超过5V,则调节电阻R22的阻值以调节放大电路的零点，尽

8、量使输出为零（可调到0.5V以下即nJ）,然后在应变压办实验台上放置法码，观察T8口的输出电压，使其始终不超过5V,如果有超过的，则调节R21和R9的阻值，使输出不超过5V；5.调整完毕后，从质量为0g开始，先测一个数据，再依次添加不同质量的祛码到托盘上，用万用表测量T8口相应的电压值，因为应变片的量程是5kg,切勿放置过大质量物体在托盘上，更不可按压托盘。1.在托盘上放置一只祛码，读取电压数值，依次增加祛码和读取相应的电压值，直到袪码加完，记下实验结果填入如表1-1类似的表中，关