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1、《傳感器與檢測技術(shù)》實驗指導(dǎo)書(四個實驗) 實驗一金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實驗 一、實驗?zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和性能。 二、基本原理：電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時，英電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描 述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為： △R/R=K 式中AR/R為電阻絲的電阻相對變化值，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，t =Al/l為電阻絲長度相對變化。金屬箔式應(yīng)變片是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，用它來轉(zhuǎn)換被測部位的受力大小及狀態(tài)，通過電橋原理完成電阻到電壓的比例變化，輸出電壓UO=EK（E為供橋電壓），對單臂電橋而言，電橋輸出電壓，U01=EK e

2、 /4o （E為供橋電壓）。 三、器件與單元：應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)０?、?yīng)變式傳感器、磁碼（每只約20g）、數(shù)顯表、15V電 源、4V電源、萬用表（自備）。 四、實驗步驟： 1、根據(jù)圖（1-1）,應(yīng)變式傳感器已裝于應(yīng)變傳感器模板上。傳感器中各應(yīng)變片已接入模板左上方的 Rl、R2、R3、R4標(biāo)志端。加熱絲也接于模板上，可用萬用表進(jìn)行測量判別，R1=R2=R3=R4=35OQ,加熱絲阻值約為50Q左右。 應(yīng)變片托盤 圖1-1應(yīng)變式傳感器安裝示意圖 2、實驗?zāi)０宀顒臃糯笃髡{(diào)零，方法為:①接入模板電源15V（從主控箱引入），檢查無誤后，合上 主控箱電源開關(guān)，將實驗?zāi)０逶鲆嬲{(diào)節(jié)電位器Rw3

3、順時針調(diào)丹到大致中間位置，②將差放的正、負(fù)輸入端與地短接，輸出端與主控箱而板上數(shù)顯電壓表輸入端Vi相連，調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳险{(diào)零電位器RW4,使數(shù)顯表顯示為零（數(shù)顯表的切換開關(guān)打到2V檔），完畢關(guān)閉主控箱電源。3、參考圖（1-2）接入傳感器，將應(yīng)變式傳感器的其中一個應(yīng)變片R1（即模板左上方的R1）接入電 橋作為一個橋臂，它與R5、R6、R7接成直流電橋（R5、R6、R7在模塊已連接好），接好電橋調(diào)零電位器Rwl,接上橋路電源4V（從主控箱引入），檢査接線無誤后，合上主控箱電源開關(guān)，先粗調(diào)VTRwl，再細(xì)調(diào)RW4使數(shù)顯表顯示為零。 圖1?2應(yīng)變式傳感器單臂電橋?qū)嶒灲泳€圖 4、在傳感器托盤上放置一

4、只磁碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加祛碼和減少舷碼并讀取 相應(yīng)的數(shù)顯表數(shù)值，記下實驗結(jié)果填入表(l-l)o 重雖(g) 電壓(mv) 增加 舷碼 減少 磁碼 5、根據(jù)表(1-1)計算系統(tǒng)靈敏度S ： S=AV/AW(AV 為輸出電壓平均變化量；AW 重量變化量), 計算非線性誤差:6fl=Am/yF-SX100%,式中Am 為輸出電壓值(多 次測量時為平均值)與擬合直線的最大電壓偏差量：yF ? S 為滿量程時電壓輸出平均 值。 五、思考題： 單臂電橋時，作為橋臂的電阻應(yīng)變片應(yīng)選用：⑴正(受拉)應(yīng)變片(2)負(fù)(受壓)應(yīng)變片 (3)正、負(fù)應(yīng)變片均可以。 -4v 接主竝18

5、 電聲輸出 R4 Rl6 RW3 -E O ( 加熱 器 “E 生1 (!)(!) o -15v do 應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０? 接主控箱接數(shù)顯表 電源輸岀 Vi 地 ................ L ^.： 6 Wi R2 Rl Oss RW2 C )RW3 O RW4 實驗十四電容式傳感器的位移實驗 一、 實驗?zāi)康模毫私怆娙菔絺鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。 二、 基本原理：利用平板電容C=A/d 的關(guān)系，在 （介電常數(shù)）、A （極板而積）、d （極 板距離）三個參數(shù)中，保持二個參數(shù)不變，而只改變其中一個參數(shù)，就可使電容 的容量 （C ）發(fā)生變化，通過相應(yīng)的測量電路

6、，將電容的變化量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓量, 則可以制 成多種電容傳感器，如：①變的濕度電容傳感器。②變d 的電容式壓 力傳感器。③變 A 的電容式位移傳感器。本實驗采用第③種電容傳感器，是一種圓 筒形差動變而枳式電 容傳感器。 圖4-1電容式傳感器安裝示意圖 圖4-2電容傳感器位移實驗接線圖 三、 器件與單元：電容傳感器、電容傳感器實驗?zāi)０濉y微頭、移相/相敏檢波/濾波模 板、數(shù)顯 單元、直流穩(wěn)壓電源。 四、 實驗步驟： 1、 按圖3-1將電容傳感器裝于電容傳感器實驗?zāi)０迳稀? 2、 將電容傳感器連線插入電容傳感器實驗?zāi)０?，實驗線路見圖4-1。 3、 將電容傳感器

7、實驗?zāi)０宓妮攲缍薞01與數(shù)顯電壓表Vi 相接，電壓表疑程置2V 檔， Rw 調(diào)節(jié)到 中間位程。 4、 接入15V 電源，將測微頭旋至10mm 處，活動桿與傳感器相吸合，調(diào)整測微頭的 左右位苣， 使電壓表指示最小，并將測疑支架頂部的鐐釘擰緊，旋動測微頭，每間 隔0.2mm 記下輸出電壓值（V ）,填入表4-1。將測微頭回到10mm 處，反向旋動測微 頭，重復(fù)實驗過程。 接卞控箱電輸岀 裱主控昭數(shù)顯 表 VI 覽 +V 5、根據(jù)表4-1數(shù)拯汁算電容傳感器的靈敏度S和非線性誤差分析誤差來源。 五、思考題： 試設(shè)計一個利用的變化測谷物濕度的電容傳感器？能否敘述一下在設(shè)il?中應(yīng)考慮哪

8、些因素？ 實驗十六直流激勵時接觸式霍爾位移傳感器特性實驗 一、實驗?zāi)康模毫私饣魻柺轿灰苽鞲衅髟砼c應(yīng)用。 一、基本原理：根據(jù)霍爾效應(yīng)，霍爾電勢UH=KHIB,保持KH、I不變，若霍爾元件在梯度磁場B中 運(yùn)動，且B是線性均勻變化的，則霍爾電勢UH也將線性均勻變化，這樣就可以進(jìn)行位移測 量。 二、器件與單元：霍爾傳感器實驗?zāi)０濉⒕€性霍爾位移傳感器、宜流電，土源4V、15V、測微 頭、數(shù)顯單元。 四、實驗步驟： 1、將霍爾傳感器按圖5-1安裝?；魻杺鞲衅髋c實驗?zāi)０宓倪B接按圖5-2進(jìn)行。①、③ 為電源土 4V,②、④為輸岀,R1與④之間聯(lián)線可暫時不接。 2、開啟電源，接入15V電

9、源，將測微頭旋至10mm處，左右移動測微頭使霍爾片處在磁 鋼中間位置，即數(shù)顯表電壓指示最小，擰緊測量架頂部的固定鏢釘，接入R1 與④之間 的聯(lián)線，調(diào)RW2使數(shù)顯電壓表指示為零（數(shù)顯表置2V檔）。 3、旋轉(zhuǎn)測微頭，每轉(zhuǎn)動0.2mm或0?5mm記下數(shù)字電壓表讀數(shù)，并將讀數(shù)填入表5亠將 測微頭回到10mm處，反向旋轉(zhuǎn)測微頭，重復(fù)實驗過程，填入表5-1。 X(mm)—10 f + V(mv) L、3為電源線， 2、4為信號輸出 連線插座編號 MVS 激 勵 電 壓 S-4V 圖5?2霍爾位移傳感器直流激勵實驗接線圖 圖5」霍爾傳感器安裝示意圖 作出V-X曲線，計

10、算不同線性用時的靈敏度S和非線性誤差 o 五、思考題： 本實驗中霍爾元件位移的線性度實際上反映的是什么量的變化? 實驗三十五熱電偶測溫性能實驗 （請先仔細(xì)閱讀P39溫控儀表操作說明） 一、實驗?zāi)康模毫私鉄犭娕紲y量溫度的原理與應(yīng)用。 二、基本原理：將兩種不同的金屬絲組成回路，如果二種金屬絲的兩個接點(diǎn)有溫度差, 在回路就會產(chǎn)生熱電勢，這就是熱電效應(yīng)，熱電偶就是利用這一原理制成的一種溫差測量傳感器，宜于被測溫度場的接點(diǎn)稱為工作端，另一接點(diǎn)稱為冷端（也稱自由端），冷端可以是室溫值也可以是經(jīng)過補(bǔ)償后的0C、25C的模擬溫度場。 三、需用器件與單元：K型、E型熱電偶、溫度源、溫度控制儀表、數(shù)

11、顯單元（2000型）或溫度控制測量儀（9000型）。 四、實驗步驟： 1、將熱電偶插到溫度源兩個傳感器插孔中任意一個插孔中，（K型、E型已裝在一個護(hù)套），K型熱電偶的自由端接到主控箱面板上溫控部分的Ek端，用它作為標(biāo)準(zhǔn)傳感器.配合溫控儀表用于設(shè)立溫度，注意識別引線標(biāo)記，K型、E型及正極、負(fù)極不要接錯。 2、將E型熱電偶的自由端接入溫度傳感器實驗?zāi)０迳蠘?biāo)有熱電偶符號的a、b 孔上，作為被測傳感器用于實驗，按圖11-1接線，熱電偶自由端連線中帶紅色套管或紅色斜線的一條為正端，接入“a”點(diǎn)。 3、將R5、R6端接地，RW2大約置中，打開主控箱電源開關(guān)，將V02端與主控箱上數(shù)顯電壓表Vi端相接

12、，調(diào)節(jié)Rw3使數(shù)顯表顯示零（電壓表置200mv檔），打開主控箱 上溫儀控開關(guān)，設(shè)立儀表控制溫度值T=50C,將溫度源的兩芯電源線插入主控箱溫控部分的220V輸岀插座中。 4、去掉R 5、R6接地線，將a、b端與放大器R5、R6相接，觀察溫控儀指示的溫度值，當(dāng)溫度穩(wěn)定在50C時，記錄下電壓表讀數(shù)值。 5、重新設(shè)定溫度值為50-C+n?At,建議△ t=5C, n=l……10,每隔In讀出數(shù)顯電壓表指示值與溫控儀指示的溫度值，并填入表11-1。 表11-1： 6、根據(jù)表11-1計算非線性誤差5 ,靈敏度So 7、將E型熱電偶的自由端連線從實驗?zāi)０迳喜鹑ゲ⒔拥綌?shù)顯電壓表的輸入端