(最新版)《传感器原理及应用》实验报告.pdf
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1、专业实验报告测控技术及仪器传感器原理及实验专业2011201120122012学期学年第1 1测控技术及仪器电子与信息实验教学中心20112011年9 9月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、基本原理本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情况。应变片是最常用的测力传感元。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/R R=K K式中 R R/R R 为电阻丝电阻相对变化,K K 为应变灵敏系数,=1/1为电阻丝长度相对变化,金属箔式应变片就是通过光刻、腐
2、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的变化。电桥电路是最常用的非电量测量电路中的一种,当电桥平衡时,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情况。单臂电桥输出电压U Uo1o1=EK=EK/4。三、需用器件与单元:应变式传感器实验模板、应变式传感器-电子秤、砝码、数显表、土 15V15V 电源、4V4V电源、万用表(自备)。四、实验步骤:1 1、根据图(1 1-1 1)应变式传感器(电子秤)已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的 R1R1、R2R2、R3R3、R4R4。加热丝也接于模板上,可用万用表进行测量判别,=R R4 4=
3、350350 Q,加热丝阻值为50Q 左右R R1 1=R R2 2=R R3 3图 1 1-1 1 应变式传感器安装示意图2 2、接入模板电源土 15V15V(从主控台引入),检查无误后,合上主控台电源开关,将实验模板调节增益电位器 R RW3W3顺时针调节大致到中间位置,再进行差动放大器调零,方法为将差放的正负输入端与 地短接,输出端与主控台面板上数显表输入端表显示为零(数显表的切换开关打到V Vi i相连,调节实验模板上调零电位器2V2V 档)。关闭主控箱电源(注意:当。R RW W4 4,使数显R Rw3w3、R Rw4w4的位置一旦确定,就不能改变。一直到做完实验三为止)3 3、将应
4、变式传感器的其中一个电阻应变片R R1 1(即模板左上方的 R Ri i)接入电桥作为一个桥臂与 R R5 5、R Rwiwi,接上桥路电源土R Rwiwi,使数R R6 6、R R7 7接成直流电桥(R R5 5、R R6 6、R R7 7模块内已接好),接好电桥调零电位器4V4V(从主控台引入)如图 1 1 2 2 所示。检查接线无误后,合上主控台电源开关。调节显表显示为零。图 1 12 2 应变式传感器单臂电桥实验接线图4 4、在电子称上放置一只砝码,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(或 500 g500 g)砝码加完。记下实验结果填入表重量(g g)电压(mvmv
5、)200g200g1 1 1 1,关闭电源。5 5、根据表 1 1 1 1 计算系统灵敏度 S S=U/W(AU输出电压变化量,W重量变化量)和非线性误差 Sf1f1=A m/ym/yF.sF.sx 100100%式中 A m m 为输出值(多次测量时为平均值)与拟合直线的最大偏差:满量程输出平均值,此处为200g200g(或 500g500g)。y yF F,S S五、思考题:单臂电桥时,作为桥臂电阻应变片应选用:应变片均可以。(1 1)正(受拉)应变片(2 2)负(受压)应变片(3 3)正、负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、基本原
6、理:不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边,当应变片阻值和应变量相同时,其桥路输出电压电桥输出灵敏度提高,非线性得到改善。U UO O2 2=EK EK/2 2。三、四、需用器件与单元:同实验一。实验步骤:2 2,实验模板差动放大器调零。R R2 2应和 R Ri i受力状态相反,即将传 感1 1、传感器安装同实验一。做实验(一)的步骤2 2、根据图 1 1-3 3 接线。R Ri i、R R2 2为实验模板左上方的应变片,注意器中两片受力相反(一片受拉、一片受压)的电阻应变片作为电桥的相邻边。接入桥路电源土4V4V,调节电桥调零电位器 R Rwiwi进行桥路调零,实验步骤 3 3、4 4
7、同实验一中 4 4、5 5 的步骤,将实验数 据记入表 1 1-2 2,计算灵敏度 S S2 2=U U/W W,非线性误差 Sf2f2。若实验时无数值显示说明同受力状态应变片,应更换另一个应变片。图 1 1-3 3 应变式传感器半桥实验接线图表 1 1-2 2 半桥测量时,输出电压与加负载重量值重量R R2 2与 R Ri i为相电压五、思考题:1 1、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时,应放在:2 2、桥路(差动电桥)测量时存在非线性误差,是因为:片应变效应是非线性的(3 3)调零值不是真正为零。(1 1)对边(2 2)邻边。(1 1)电桥测量原理上存在非线性(2 2)应变实
8、验三金属箔式应变片全桥性能实验、实验目的:了解全桥测量电路的优点。二、基本原理:全桥测量电路中,将受力性质相同的两应变片接入电桥对边,当应变片初始阻值:R Ri i=R R2 2=R R3 3=R R4 4,其变化值 R Ri i=A R R2 2=A R R3 3=R R4 4时,其桥路输出电压 U U0303=KEKE。其输出灵敏度比半 桥又提高了一倍,非线性误差和温度误差均得到改善。三、需用器件和单元:同实验一四、实验步骤:1 1、2 2、传感器安装同实验一。根据图 1 1-4 4 接线,实验方法与实验二相同。将实验结果填入表1 1-3 3;进行灵敏度和非线性误差计算。1 1-4 4 全
9、桥性能实验接线图表 1 1 3 3 全桥输出电压与加负载重量值重量电压五、思考题:1 1、全桥测量中,当两组对边(R R1 1、R R3 3为对边)电阻值 R R 相同时,即 R R1 1=R R3 3,R R2 2=R R4 4,而 只仟 R R2 2时,是否可以组成全桥:(1 1)可以(2 2)不可以。2 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,成电桥,是否需要外加电阻。图 1 1 5 5 应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图如何利用这四片电阻应变片组实验四 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较一、实验目的: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
10、论。二、实验步骤:根据实验一、二、三所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度,从理论上进行分析比较。阐述理由(注意:实验一、二、三中的放大器增益必须相同)。实验五直流全桥的应用一一电子秤实验一、实验目的:了解应变直流全桥的应用及电路的标定。电子秤实验原理为实验二,全桥测量原理,通过对电路调节使电路输出的电压值为重二、基本原理:量对应值,电压量纲(V)改为重量纲(g)即成为一台原始电子秤。需用器件与单元:应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码四、实验步骤:1 1、按实验一中 2 2 的步骤,将差动放大器调零,按图平衡电位 R RW1W1,使数显表显示 0.00V0.00V。1 1 4 4
11、 全桥接线,合上主控台电源开关,调节电 桥2 2、将 1010 只砝码全部置于传感器的托盘上,调节电位器0.200V0.200V(2V2V 档测量)或0.200V0.200V。3 3、拿去托盘上的所有砝码,调节电位器R RW W3 3(增益即满量程调节)使数显表显示为R RW4W4(零位调节)使数显表显示为0.0000V0.0000V。4 4、重复 2 2、3 3 步骤的标定过程,一直到精确为止,把电压量纲原始的电子秤。5 5、把砝码依次放在托盘上,填入下表重量(g g)电压(mvmv)V V 改为重量纲 g g,就可以称重。成为 一台1 1 4 4。6 6、根据上表,计算误差与非线性误差。实
12、验六压阻式压力传感器的压力测量一、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是在单晶硅的基片上扩散出P P 型或 N N 型电阻条,接成电桥。根据半导体的压阻效应,在压力作用下基片产生应变,电阻条的电阻率发生变化,引起电阻值的变化,我们把这一变化引 入测量电路,则其输出电压的变化就反映了所受到的压力变化的情况。三、需用器件与单元压力源(已在主控箱)、压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、流量计、三通连接导管、数显单元、直流稳压源土 4V4V、土 15V15V。四、实验步骤1 1、根据图 2 2-1 1 连接管路和电路,主控箱内的气源部分、
13、压缩泵、贮气箱、流量计在已接好。将标准压 力表放置在传感器支架上,三通连接管中的硬管一端插入主控板上的气源快速插座中(注意管子拉出时请用双指按住气源插座边缘往内压,则可轻松拉出)。其余两根黑色软导管分别与标准表和压力传感器接通。这里选用的差压传感器两只气嘴中,一只为高压嘴,另一只为低压嘴。当高压嘴接入 正压力时,输出为正,反之为负。若输出负时可调换气嘴。本实验模板连接见图2 2-2 2,压力传感器有 4 4 端:1 1 端线接地线,2 2 端为 U Uo o+,3 3 端接+4V4V 电源,4 4 端为 U U。-。1 1、2 2、3 3、4 4 端顺序排列见图2 2-2 2。图 2 2-1
14、1 压阻式压力传感器测量系统图 2 2-2 2 压力传感器压力实验接线图2 2、实验模板上R RW W2 2用于调节零位,R RW W1 1可调节放大倍数,按图 2 2-2 2 接线,模板的放大器输出 V Vo2o22V2V 档,反复调节R RW W2 2(R RW W1 1旋到满度的确 1 1引到主控箱数显表的 ViVi 插座上。将显示选择开关拨到/3 3)使数显表显示为零。3 3、4 4、先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮,开通流量计。合上主控箱上的气源开关K K3 3,启动压缩泵,此时可看到流量计中的滚珠浮子在向上浮起悬于玻璃管中。5 5、逐步关小流量计旋钮,使标准压力表指示某一刻度,观
15、察数显表显示电压的正、负,若为负值则 对调传感器气嘴接法。6 6、仔细地逐步由小到大调节流量计旋钮,使压力显示在4 4-14KP14KP 之间每上升 1KP1KP 分别读取压力表读数,记下相应的数显表值列于表(2 2-1 1)表(2 2-1 1)压力传感器输出电压与输入压力值P(KP)P(KP)Vo(p-p)Vo(p-p)7 7、计算本系统的灵敏度和非线性误差。如果本实验装置要成为一个压力计,则必须对电路进行标定,方法如下:输入Rw2Rw2(低限调节),使数显表显示 0.400V0.400V,当输入 12KPa12KPa 气压,调节 Rw1Rw1(高限调节)4KPa4KPa 气压,调节使数显表
16、显 示 1.200V。这个过程反复调节直到足够的精度即可。五、思考题:如何利用本系统进行真空度测量?实验七差动变压器的性能实验一、实验目的:了解差动变压器的工作原理和特性。二、基本原理:差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及一个铁芯组成,根据内外层排列不同,有二段式和三段式,本实验采用三段式结构。当传感器随着被测体移动时,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感应电势产生变化,一只次级感应电势增加,另一只感应电势则减少,将两只次级反向串接(同名端连接),就引出差动输出。其输出电势反映出被测体的移动量。三、需用器件与单元:差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器、差动变压器、音频信号
17、源、直流电源(音频振荡器)、万用表。四、实验步骤:1 1、根据图 3 3-1 1,将差动变压器装在差动变压器实验模板上。图 3 3-1 1 差动变压器电容传感器安装示意图2 2、在模块上按图 3 3-2 2 接线,音频振荡器信号必须从主控箱中的LvLv 端子输出,调节音频振荡器的频Vp-pVp-p率,输出频率为 4 4 5KHz5KHz(可用主控箱的频率表输入FinFin 来监测)。调节输出幅度为峰峰值=2V2V(可用示波器监测:X X 轴为 0.2ms/div0.2ms/div)。图中 1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6 为连接线插座的编号。接线时,航空插头上的号码与之对应。当然
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- 传感器原理及应用 最新版 传感器 原理 应用 实验 报告
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