传感器实验指导书(共64页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上目录实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验一、实验目的了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。二、实验仪器双杆式悬臂梁应变传感器、托盘、砝码、数显电压表、5V电源、差动放大器、电压放大器、万用表（自备）三、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 （1-1）式中 为电阻丝电阻相对变化；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组件。如图1-1所示，将四个金属箔应变片(R1、R2、R3、R4)分别贴在双杆式悬臂梁弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发

2、生形变，应变片随悬臂梁形变被拉伸或被压缩。图1-1 双杆式悬臂梁称重传感器结构图通过这些应变片转换悬臂梁被测部位受力状态变化，可将应变片串联或并联组成电桥。电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示R6=R7=R8=R为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压 （1-2）为电桥电源电压；式1-2表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=。图1-2 单臂电桥面板接线图四、实验内容与步骤1悬臂梁上的各应变片已分别接到调理电路面板左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350。2按图1-2只接好“差动放大器”和“电压放大器”部分，将“差动放大器

3、”的输入端短接并与地相连，“电压放大器”输出端接数显电压表（选择2V档），开启直流电源开关。将“差动放大器”增益电位器与“电压放大器”增益电位器调至最大位置（顺时针最右边），调节调零电位器使电压表显示为0V。关闭直流开关电源。（两个增益调节的位置确定后不能改动）3按图1-2接好所有连线，将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R6、R7、R8构成一个单臂直流电桥。电桥输出接到“差动放大器”的输入端，电压放大器的输出接数显电压表。预热五分钟。4加托盘后调节Rw2使电压表显示为零。5在应变传感器托盘上放置一只砝码，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，

4、记录实验数据填入表1-1。表1-1重量(g)电压(mV)6实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告1根据实验所得数据计算系统灵敏度SU/W（U输出电压变化量，W重量变化量）；2计算单臂电桥的非线性误差f1=m/yF.S 100。式中m为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；yFS为满量程（200g）输出平均值。六、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大（称重传感器量程为0.5Kg），以免造成应变传感器的损坏！实验二金属箔式应变片半桥性能实验一、实验目的比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。二、实验仪器同实验

5、一三、实验原理不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图2-1。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为 （2-1）式中 为电阻丝电阻相对变化；为应变灵敏系数；为电阻丝长度相对变化；为电桥电源电压。式2-1表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。图2-1 半桥面板接线图四、实验内容与步骤1应变传感器已安装在悬臂梁上，可参考图1-1。2按图2-1接好“差动放大器”和“电压放大器电路”。“差动放大器”调零，参考实验一步骤2。3按图2-1接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边。4加托盘后电桥调零，参考实验一步骤4。

6、5在应变传感器托盘上放置一只砝码，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2-1。表2-1重量(g)电压(mV)6实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告根据所得实验数据，计算灵敏度S=U/W和半桥的非线性误差f2。六、思考题引起半桥测量时非线性误差的原因是什么？七、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大（称重传感器量程为0.5Kg），以免造成应变传感器的损坏！实验三金属箔式应变片全桥性能实验一、实验目的了解全桥测量电路的优点。二、实验仪器同实验一三、实验原理全桥测量电路

7、中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出Uo= （3-1）式中为电桥电源电压。为电阻丝电阻相对变化；式3-1表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。图3-1 全桥面板接线图四、实验内容与步骤1 应变传感器已安装在悬臂梁上，R1、R2、R3、R4均为应变片，可参考图1-1。2 差动放大器调零，参考实验一步骤2。3 按图3-1接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两对应变片分别接入电桥的邻边。4 加托盘后电桥调零，参考实验一步骤4。 5 在应变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增

8、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，填入下表。重量(g)电压(mV)6 实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告根据实验数据，计算灵敏度S=U/W和全桥的非线性误差f3。六、思考题全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1R3，R2R4，而R1R2时，是否可以组成全桥？七、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大（称重传感器量程为0.5Kg），以免造成应变传感器的损坏！实验四直流全桥的应用电子称实验一、实验目的了解直流全桥的应用及电路的定标。二、实验仪器同实验一三、实验原理电

9、子称实验原理同实验三的全桥测量原理，通过调节放大电路对电桥输出电压的放大倍数，使电路输出电压值为重量的对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成一台比较原始的电子称。四、实验内容与步骤1 按实验三的步骤1、2、3接好线并将“电压放大器”调零。2 将10只砝码置于传感器的托盘上，调节“差动放大器”与“电压放大器”的增益调节电位器，使数显电压表显示为0.200V（2V档测量）。3 拿掉托盘上所有砝码，观察数显电压表是否显示为0.000V，若不为零，再次将“电压放大器”调零和加托盘后电桥调零。4 重复2、3步骤，直到精确为止，把电压量纲V改为重量量纲g即可以称重。5 将砝码依次放到托盘上并读取相应

10、的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入下表。6 拿掉砝码，托盘上加一个未知的重物（不要超过0.5Kg），记录电压表的读数。根据实验数据，求出重物的重量。重量(g)电压(V)7 实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告根据实验记录的数据，计算电子称的灵敏度S=U/W，非线性误差f4。六、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大（称重传感器量程为0.5Kg），以免造成应变传感器的损坏！实验五移相实验一、实验目的了解移相电路的原理和应用。二、实验仪器移相器模块、信号源、示波器三、实验原理由运算放大器构成的移相器原理图

11、如下图所示：图5-1 移相器原理图通过调节Rw，改变RC充放电时间常数，从而改变信号的相位。图5-2 移相器示意图四、实验步骤1 将信号源的U S1幅值调节为6V，频率调节旋钮逆时针旋到底，将US1 00与“移相器”输入端相连接。2 打开直流电源开关，“移相器”的输入端与输出端分别接示波器的两个通道，调整示波器，观察两路波形。3 调节“移相器”的相位调节电位器，观察两路波形的相位差，并填入下表。4 改变“信号源US1”的频率(频率转速表频率档监测)，观察频率不同时“移相器”移相范围的变化。频率(kHz)5 实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告根据实验所得的数据，对照移相器电

12、路图分析其工作原理。六、注意事项实验过程中正弦信号通过移相器后波形局部有失真，这并非仪器故障。实验六相敏检波实验一、实验目的了解相敏检波电路的原理和应用。二、实验仪器移相器、相敏检波器、低通滤波器、信号源、示波器三、实验原理开关相敏检波器原理图如图6-1所示，示意图如图6-2所示：图6-1 检波器原理图图6-2 检波器示意图图6-1中Ui为输入信号端，AC为交流参考电压输入端，Uo为检波信号输出端，DC为直流参考电压输入端。当AC、DC端输入控制电压信号时，通过差动电路的作用使、处于开或关的状态，从而把Ui端输入的正弦信号转换成全波整流信号。输入端信号与AC参考输入端信号频率相同，相位不同时，

13、检波输出的波形也不相同。当两者相位相同时，输出为正半周的全波信号，反之，输出为负半周的全波信号。四、实验步骤1 “信号源”U S1 00音频信号输出1kHz，Vp-p8V正弦信号，接到“相敏检波”输入端Ui。2 将直流稳压电源“5V”处的“+5V”“GND”接“相敏检波器”的“DC”“GND”。3 示波器两通道分别接“相敏检波器”输入、输出端，观察输入、输出波形的相位关系和幅值关系。4 改变DC端参考电压的极性（接入直流稳压电源“5V”处的“-5”V），观察输入、输出波形的相位和幅值关系。5 由以上可以得出结论：当参考电压为正时，输入与输出同相，当参考电压为负时，输入与输出反相。6 去掉DC端

14、连线，将“信号源U S1 00”端输出1kHz，Vp-p8V正弦信号送入“移相器”输入端，“移相器”的输出与“相敏检波器”的参考输入端AC连接，同时将音频信号源U S1 00 输出接到“相敏检波器”的信号输入端。7 用示波器两通道观察、的波形。可以看出，“相敏检波器”中整形电路的作用是将输入的正弦波转换成方波，使相敏检波器中的电子开关能正常工作。8 将“相敏检波器”的输出端与“低通滤波器”的输入端连接，如图6-4（图6-3为低通滤波器的原理图），“低通滤波器”输出端接数字电压表20V档。9 示波器两通道分别接“相敏检波器”输入、输出端。10 适当调节“信号源”幅值旋钮和“移相器”相位调节旋钮，

15、观察示波器中波形变化和电压表电压值变化，然后将“相敏检波器”的输入端Ui改接至U S1 1800输出端口，观察示波器和电压表的变化。由上可以看出，当“相敏检波器”的输入信号与开关信号同相时，输出为正极性的全波整流信号，电压表指示正极性方向最大值，反之，则输出负极性的全波整流波形，电压表指示负极性的最大值。11 调节移相器“相位调节”旋钮，使直流电压表输出最大，利用示波器和电压表，测出“相敏检波器”的输入Vp-p值与输出直流电压UO的关系。12 使输入信号Ui相位改变1800，得出Vp-p值与输出直流电压UO1的关系，并填入下表。输入Vp-p(V)12345678910输出UO（V）输出UO1（

16、V） 图6-3 低通滤波器原理图 图6-4低通滤波器示意图13 实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告根据实验所得的数据，作相敏检波器输入输出曲线（Vp-pVo），对照移相器、相敏检波器电路图分析其工作原理，并得出相敏检波器最佳的工作频率。实验七交流全桥性能测试实验一、实验目的了解交流全桥电路的原理二、实验仪器应变传感器、移相器、相敏检波器、低通滤波器，差动放大器，电压放大器，信号源，示波器三、实验原理图7-1是交流全桥的一般形式。设各桥臂的阻抗为Z1Z4，当电桥平衡时，Z1 Z3= Z2 Z4，电桥输出为零。若桥臂阻抗相对变化为Z1/ Z1、Z2/ Z2、Z3/ Z3、Z4

17、/ Z4，则电桥的输出与桥臂阻抗的相对变化成正比。交流电桥工作时增大相角差可以提高灵敏度，传感器最好是纯电阻性或纯电抗性的。交流电桥只有在满足输出电压的实部和虚部均为零的条件下才会平衡。图7-1 交流全桥接线图四、实验步骤1 开启实验台电源，信号源输出Us1 00输出1kHz，Vp-p8V正弦信号，按图7-1将“差动放大器”与“电压放大器”相连，输出接数显电压表200mV档。调节“差动放大器”和“电压放大器”的增益调节电位器调到最大（顺时针旋到底），“差动放大器”输入短路，调节调零电位器使电压表显示为零。2 按图7-1接线，调节电桥直流调平衡电位器Rw2，使系统输出基本为零，并用Rw3进一步细

18、调至零，示波器接“相敏检波器”输出端观察波形。3 用手轻压应变梁到最低，调节“相位调节”旋钮使“相敏检波器”输出端波形成为首尾相接的全波整流波形，然后放手，悬臂梁恢复至水平位置，再调节电桥中Rw2和Rw3电位器，使系统输出电压为零，此时桥路的灵敏度最高。4 装上砝码盘，分别从20g增加砝码的重量,测得数据填入下表：m（g）V（mV）5 实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告根据实验所得的数据，在坐标上作出m-V曲线，求出灵敏度，并与直流称重系统进行比较。六、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大（称重传感器量程为0.5K

19、g），以免造成应变传感器的损坏！实验八交流激励频率对全桥的影响一、实验目的通过改变交流全桥的激励频率以提高和改善测试系统的抗干扰性和灵敏度。二、实验仪器应变传感器、移相器、相敏检波、低通滤波器，差动放大器，电压放大器，信号源，示波器三、实验原理同实验七四、实验步骤1 按实验七进行接线和记录实验数据。2 调节信号源输出Us1 00信号，幅值为VP-P 8V频率从2kHz-10 kHz，分别测出交流全桥输出值，填入下表。m（g）20g40g60g80g100g120g140g160g180g200g频率V（mV）3 实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告根据实验所得的数据，在坐标

20、上作出不同激励频率下的m-V曲线，比较灵敏度，观察系统工作的稳定性，并由此得出结论，此系统工作在哪个频率区段中较为合适。 六、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大（称重传感器量程为0.5Kg），以免造成应变传感器的损坏！实验九交流全桥振幅测量实验一、实验目的了解交流全桥测量动态应变参数的原理与方法。二、实验仪器应变传感器、差动放大器、电压放大器、振动源、信号源、万用表（自备）、示波器三、实验原理将应变传感器全桥性能实验中的直流电源E（5V）换成交流电源，则构成一个交流全桥，其输出u=，用交流电桥测量交流应变信号时，桥路输出为一调制波。当

21、双平行振动梁被不同频率的信号激励时，起振幅度不同，贴于应变梁表面的应变片所受应力不同，电桥输出信号大小也不同。若激励频率与梁的固有频率相同时则产生谐振，此时电桥输出信号最大，根据这一原理可以找出梁的固有频率。四、实验内容与步骤1将四个应变电阻通过导线接到“电桥”的虚线全桥上。2按“实验七交流全桥性能测试实验”连接电路，并将系统灵敏度调至最高。3将“信号源Us2”输出接到“振动源输入”，调节输出幅度和频率使振动台(圆盘)明显有振动。4调节Us2幅度使VP-P=2V，改变Us2的频率（用频率/转速表监测，可用转速档观测，本实验仪中频率f与转速n的关系为f=10n，），用上位机或示波器检测频率变化时

22、，“低通滤波器”输出波形的电压峰峰值，填入下表。f(Hz) VP-P(V)5实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告从实验数据得出振动梁的共振频率（振幅最大时的频率即为共振频率）。 六、注意事项1进行此实验时低频信号源幅值旋钮约放在3/4位置为宜。实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大（称重传感器量程为0.5Kg），以免造成应变传感器的损坏！2当频率较小时，振动幅度较小，输出波形毛剌较为严重（毛剌为机械振动产生），实验频率可从10Hz左右开始，实验现像较为明显。实验十扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验一、实验目的了解扩散硅压阻式

23、压力传感器测量压力的原理与方法。二、实验仪器压力传感器、气室、气压表、分压器、差动放大器、电压放大器、直流电压表三、实验原理在具有压阻效应的半导体材料上用扩散或离子注入法，摩托罗拉公司设计出X形硅压力传感器，如图10-1所示，在单晶硅膜片表面形成4个阻值相等的电阻条。将它们连接成惠斯通电桥，电桥电源端和输出端引出，用制造集成电路的方法封装起来，制成扩散硅压阻式压力传感器。扩散硅压力传感器的工作原理如图10-1，在X形硅压力传感器的一个方向上加偏置电压形成电流，当敏感芯片没有外加压力作用，内部电桥处于平衡状态，当有剪切力作用时，在垂直于电流方向将会产生电场变化，该电场的变化引起电位变化，则在与电

24、流方向垂直的两侧得到输出电压Uo。 （10-1）式中d为元件两端距离。实验接线图如图10-2所示，MPX10有4个引出脚，1脚接地、2脚为Uo+、3脚接+5V电源、4脚为Uo-；当P1P2时，输出为正；P1P2时，输出为负（P1与P2为传感器的两个气压输入端所产生的压强）。图10-1 扩散硅压力传感器原理图图10-2 扩散硅压力传感器接线图四、实验内容与步骤1 按图10-2接好“差动放大器”与“电压放大器”，“电压放大器”输出端接数显直流电压表，选择20V档，打开直流开关电源。2 调节“差动放大器”与“电压放大器”的增益调节电位器到适当位置并保持不动，用导线将“差动放大器”的输入端短接，然后调

25、节调零电位器使直流电压表20V档显示为零。3 取下短路导线，并按图10-2连接“压力传感器”与“分压器”。4 气室的活塞退回到刻度“17”的小孔后，使气室的压力相对大气压均为0，气压计指在“零”刻度处，将“压力传感器”的输出接到差动放大器的输入端，调节Rw1使直流电压表20V档显示为零。5 增大输入压力到0.01MPa，每隔0.005Mpa记下“电压放大器”输出的电压值U。直到压强达到0.095Mpa；填入下表。P(kP) U（V）6 实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告根据实验所得数据，计算压力传感器输入输出（PU）曲线。计算灵敏度S=U/P，非线性误差f。实验十一差动变

26、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、实验仪器差动电感传感器、测微头、差动放大器（差动电感）、信号源、示波器三、实验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，一只次级线圈的感应电动势增加，另一只次级线圈的感应电动势则减小，将两只次级线圈反向串接（同名端连接）引出差动输出，则输出的变化反映了被测物体的移动量。四、实验内容与步骤1 根据图12-1将差动变压器安装在传感器固定架上（传感器固定架为实验通用支架。如果做其他实验，可直接将传感器更换。如做电容传

27、感器实验，可将差动变压器直接换成电容传感器）。图11-1 差动变压器安装图 图11-2 差动变压器接线图2 将传感器引线插头插入“差动电感”插座中，音频信号由信号源的“Us1 00”处输出，打开电源，调节Us1的频率和幅度（用示波器监测），使输出信号频率为4-5kHz，幅度为Vp-p=2V，按图11-2接线（差动电感接差动放大器输入端）。3 将“差动放大器”的增益调到最大（增益调节电位器顺时针旋到底）。4 用示波器观测“差动放大器”的输出，旋动测微头，使上位机或示波器观测到的波形峰峰值Vp-p为最小，这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，另一个方向位移为负，从Vp-p最小开始旋动测微头，

28、每隔0.2mm从示波器或上位机上读出输出电压Vp-p值，填入表11-1，再从Vp-p最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。 表11-1 Vp-p(mV)X(mm)5 实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告实验过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。根据表111画出Vp-pX曲线，并作出量程为1mm、2mm时系统的灵敏度和非线性误差。六、注意事项实验过程中加在差动变压器原边的音频信号幅值不能过大，以免烧毁差动变压器传感器。实验十二差动变压器零点残余电压补偿实验一、实验目的了解差动变压器零点残余电压补偿的方法。二、

29、实验仪器差动变压器（差动电感）、测微头、差动放大器、信号源、示波器三、实验原理由于差动变压器两只次级线圈的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列不均匀性，次级线圈的不均匀，不一致性，铁芯的B-H特性非线性等，因此在铁芯处于差动线圈中间位置时其输出并不为零，称其为零点残余电压。四、实验内容与步骤1 安装好差动变压器，利用示波器观测并调整信号源“Us1 00”输出为4kHz ，2V峰峰值；按图12-1接线。2 RW2、RW3等元器件为电桥单元中调平衡网络。3 用示波器监测放大器输出；4 调整测微头，使放大器输出信号最小。5 依次调整RW2、RW3，使示波器显示的电压输出波形幅值降至最小。6 此时示波器

30、显示即为零点残余补偿后的输出波形。7 记下“差动变压器”的零点残余电压值峰峰值（Vp-p）。（注：这时的零点残余电压是经放大后的零点残余电压V零点 p-pK，K为“差动放大器”的放大倍数）。8 可以看出，经过补偿后的残余电压的波形是一不规则波形，这说明波形中有高频成分存在。图12-1 差动变压器零点残余电压补偿接线原理图9 实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告分析经过补偿的零点残余电压波形。六、注意事项实验过程中加在差动变压器原边的音频信号峰-峰值不超过6V，以免烧毁差动变压器传感器。实验十三激励频率对差动变压器特性的影响实验一、实验目的了解初级线圈激励频率对差动变压器输出

31、性能的影响。二、实验仪器同差动变压器性能测试实验三、实验原理差动变压器输出电压的有效值可以近似表示为： （13-1）式14-1中Lp、Rp为初级线圈的电感和损耗电阻，Ui、为激励信号的电压和频率，M1、M2为初级与两次级线圈的互感系数。由关系式可以看出，当初级线圈激励频率太低时，RP22LP2，则输出电压受频率变动影响较大，且灵敏度较低，只有当2LP2RP2时，输出Uo与无关，当然过高会使线圈寄生电容增大，影响系统的稳定性。四、实验内容与步骤1按照差动变压器性能实验安装传感器和接线。开启直流稳压电源。2选择信号源Us1 00输出频率为1kHz，Vp-p=2V。（用示波器监测）。3将“差动放大器

32、”增益调到最大，用示波器观察其输出波形，移动铁芯至中间位置即输出信号VP-P最小时的位置。固定测微头。4旋动测微头，向左（或右）旋到离中心位置1mm处，使输出有较大的值。5分别改变激励频率从1KHZ9KHZ，幅值不变，频率由频率/转速表监测。将测试结果记入下表。F(Hz)1kHz2 kHz3 kHz4 kHz5 kHz6 kHz7 kHz8 kHz9 kHzVP-P(V)6实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告根据实验数据作出幅频特性曲线。六、注意事项实验过程中加在差动变压器原边的音频信号幅值不超过6V，以免烧毁差动变压器传感器。实验十四差动电感式传感器位移特性实验一、实验目

33、的1 了解差动电感式传感器的原理；2 比较和差动变压器传感器的不同。二、实验仪器差动变压器（差动电感）、信号源、相敏检波模块、差动放大器、电压表、示波器、测微头三、实验原理差动式电感传感器由二个电感线圈反相串接而成，工作在自感基础上，由于衔铁在线圈中位置的变化使二个线圈的电感量发生变化，包括两个线圈在内组成的电桥电路的输出电压信号因而发生相应变化。四、实验内容与步骤1 按差动变压器性能实验将差动变压器安装在传感器固定架上，将传感器引线插入插座中。2 按下图连线组成测试系统，两个次级线圈必须接成差动状态。 图14-1 差动电感位移接线图3 使差动电感传感器的铁芯偏在一边，使“差动放大器”有一个较

34、大的输出，调节“移相器”的相位调节电位器使输入输出同相或者反相，然后调节电感传感器铁芯到中间位置，直至“差动放大器”输出波形最小。4 调节Rw2和Rw3使电压表显示为零，当衔铁在线圈中左、右位移时，L2L3，电桥失衡，输出电压信号的大小与衔铁位移量成比例。5 以衔铁位置居中为起点，分别向左、向右各位移5mm，记录V、X值并填入下表（每位移0.5mm记录一个数值）：X(mm)0V0(V)0五、实验报告根据实验记录的数据依此做出V-X曲线，求出灵敏度S，指出线性工作范围。实验十五电容式传感器的位移特性实验一、实验目的了解电容传感器的结构及特点。二、实验仪器电容传感器、电容变换器、测微头、数显直流电

35、压表、直流稳压电源、绝缘护套三、实验原理电容式传感器是指能将被测物理量的变化转换为电容量变化的一种传感器它实质上是具有一个可变参数的电容器。利用平板电容器原理： （15-1）式中，S为极板面积，d为极板间距离，0为真空介电常数，r为介质相对介电常数，由此可以看出当被测物理量使S、d或r发生变化时，电容量C随之发生改变，如果保持其中两个参数不变而仅改变另一参数，就可以将该参数的变化单值地转换为电容量的变化。所以电容传感器可以分为三种类型：改变极间距离的变间隙式，改变极板面积的变面积式和改变介电常数的变介电常数式。这里采用变面积式，如图15-1，两只平板电容器共享一个下极板，当下极板随被测物体移动

36、时，两只电容器上下极板的有效面积一只增大，一只减小，将三个极板用导线引出，形成差动电容输出。通过处理电路将电容的变化转换成电压变化，进行测量。图15-1电容传感器内部结构示意图四、实验内容与步骤1 按图15-2安装好电容传感器，并将电容传感器引出线与“电容插座”相连接。图15-2 电容传感器安装示意图图15-3 电容传感器接线图2 将底面板上电容传感器与电容变换器相连，电容变换器的输出接到数显直流电压表。3 打开直流电源开关。将电容传感器的下极板调至中间位置，调节电容变换器的增益调节旋钮，使得数显直流电压表显示为0（选择2V档）。（增益调节电位器确定后不能改动）4 旋动测微头推进电容传感器的中

37、间极板（下极板），左右各移动1cm,每隔0.2mm记下位移量X与输出电压值V的变化，填入下表15-1X(mm) V(V)五、实验报告根据表15-1的数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差f。实验十六电容传感器动态特性实验一、实验目的了解电容传感器的动态性能的测量原理与方法。二、实验仪器电容传感器、电容变换器、低通滤波器、信号源、频率/转速表、直流稳压电源、振动源、示波器三、实验原理与电容传感器位移特性实验原理相同。四、实验内容与步骤1 将电容传感器安装到升降架的悬臂梁上，传感器引线接入“电容”插座。如图16-1，将底面板上“电容传感器”与“电容变换器”相连。将“电容变换器”的输出端接“低

38、通滤波器”的输入端，“低通滤波器”输出端接示波器。增益调节调到最大位置（顺时针旋到底），通过“紧定旋钮”使电容传感器的动极板处于中间位置，使电压表显示为零。图16-1 电容传感器动态试验接线图2 将信号源Us2接到“振动源输入”，Us2频率选“10-15Hz”之间，振动幅度初始调到零。3 检查接线无误后，打开直流电源，调节Us2激励信号的幅度，用示波器观察“电容变换器”输出波形。4 保持Us2的幅度旋钮不变，改变振动频率（用数显频率计监测），用示波器测出Uo输出的峰-峰值。保持频率不变，改变Us2的幅度，测量Uo输出的峰-峰值。填入下表振动频率(Hz)Vp-p(mV)五、实验报告分析差动电容传

39、感器测量振动的波形，作F-Vp-p曲线，找出振动源的固有频率六、注意事项 当频率较小时，振动幅度较小，输出波形毛剌较为严重（毛剌为机械振动产生），实验频率可从10Hz左右开始，实验现像较为明显。实验十七直流激励时霍尔传感器的位移特性实验一、实验目的了解霍尔传感器的原理与应用。二、实验仪器霍尔传感器、测微头、分压器、电桥、差动放大器、数显电压表三、实验原理根据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，其中KH为灵敏度系数，由霍尔材料的物理性质决定，当通过霍尔组件的电流I一定，霍尔组件在一个梯度磁场中运动时，就可以用来进行位移测量。四、实验内容与步骤1 将霍尔传感器安装到传感器固定架上，传感器引线接到对应

40、的霍尔插座上。按图17-1接线。2 开启电源，直流数显电压表选择“2V”档，将测微头的起始位置调到“10mm”处，手动调节测微头的位置，先使霍尔片基本在磁钢的中间位置（数显表大致为0），固定测微头，再调节Rw2使数显表显示为零。3 分别向左、右不同方向旋动测微头，每隔0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表17-1X（mm）U(mV)图17-1 霍尔传感器直流激励接线图五、实验报告作出UX曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。实验十八交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验一、实验目的了解交流激励时霍尔传感器的特性。二、实验仪器霍尔传感器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、测微

41、头、直流电源、数显电压表三、实验原理交流激励时霍尔式传感器与直流激励一样，基本工作原理相同，不同之处是测量电路。四、实验内容与步骤1 将霍尔传感器的安装到传感器固定架上，接线如图18-1。图18-1霍尔传感器交流激励接线图2 调节“信号源US1 00”的调频和调幅旋钮，使“US1 00”输出端输出频率为1kHz，Vp-p=4V的正弦波（注意：峰峰值不应过大，否则烧毁霍尔组件）。3 开启电源，直流数显电压表选择“2V”档，将测微头的起始位置调到“10mm”处，手动调节测微头的位置，使霍尔片基本在磁钢的中间位置（数显表大致为0V），固定测微头，再调节Rw2，Rw3，用示波器观察低通滤波器的输出，使其为一条直线。4 调节测微头，使数显电压表显示有较大输出。调节移相