傳感器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

1、實(shí)驗(yàn)一金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和性能。二、實(shí)驗(yàn)儀器雙桿式懸臂梁應(yīng)變傳感器、托盤、砝碼、數(shù)顯電壓表、±5V電源、差動(dòng)放大器、電壓放大器、萬(wàn)用表（自備）三、實(shí)驗(yàn)原理電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(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 （1-1）式中 為電阻絲電阻相對(duì)變化；為應(yīng)變靈敏系數(shù)；為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。金屬箔式應(yīng)變片就是通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感組件。如圖1-1所示，將四個(gè)金屬箔應(yīng)變片（R1、R2、R3、R4）分別貼在雙桿式懸臂梁彈性體的上下兩側(cè)，彈性體受到壓力發(fā)生形變，應(yīng)變片隨懸

2、臂梁形變被拉伸或被壓縮。圖1-1 雙桿式懸臂梁稱重傳感器結(jié)構(gòu)圖通過(guò)這些應(yīng)變片轉(zhuǎn)換懸臂梁被測(cè)部位受力狀態(tài)變化，可將應(yīng)變片串聯(lián)或并聯(lián)組成電橋。電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化，如圖1-2所示R6=R7=R8=R為固定電阻，與應(yīng)變片一起構(gòu)成一個(gè)單臂電橋，其輸出電壓 （1-2）為電橋電源電壓；式1-2表明單臂電橋輸出為非線性，非線性誤差為L(zhǎng)=。圖1-2 單臂電橋面板接線圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1懸臂梁上的各應(yīng)變片已分別接到調(diào)理電路面板左上方的R1、R2、R3、R4上，可用萬(wàn)用表測(cè)量判別，R1=R2=R3=R4=350。2按圖1-2只接好“差動(dòng)放大器”和“電壓放大器”部分，將“差動(dòng)放大器”的輸入端短接并與

3、地相連，“電壓放大器”輸出端接數(shù)顯電壓表（選擇200mV檔），開啟直流電源開關(guān)。將“差動(dòng)放大器”增益電位器與“電壓放大器”增益電位器調(diào)至最大位置（順時(shí)針最右邊），調(diào)節(jié)調(diào)零電位器使電壓表顯示為0V。關(guān)閉直流開關(guān)電源。（兩個(gè)增益調(diào)節(jié)的位置確定后不能改動(dòng)）3按圖1-2接好所有連線，將應(yīng)變式傳感器的其中一個(gè)應(yīng)變電阻（如R1）接入電橋與R6、R7、R8構(gòu)成一個(gè)單臂直流電橋。電橋輸出接到“差動(dòng)放大器”的輸入端，電壓放大器的輸出接數(shù)顯電壓表。預(yù)熱五分鐘。4加托盤后調(diào)節(jié)Rw2使電壓表顯示為零（采用200mV檔）。5在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g砝

4、碼加完，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表1-1。表1-1重量(g)電壓(mV)6實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源，整理好實(shí)驗(yàn)設(shè)備。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)計(jì)算系統(tǒng)靈敏度SU/W（U輸出電壓變化量，W重量變化量）；2計(jì)算單臂電橋的非線性誤差f1=m/yF.S ×100。式中m為輸出值（多次測(cè)量時(shí)為平均值）與擬合直線的最大偏差；yF·S為滿量程（200g）輸出平均值。六、注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所采用的彈性體為雙桿式懸臂梁稱重傳感器，量程較小。因此，加在傳感器上的壓力不應(yīng)過(guò)大（稱重傳感器量程為0.5kg），以免造成應(yīng)變傳感器的損壞！實(shí)驗(yàn)二金屬箔式應(yīng)變片半橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋容^半橋與單臂電橋的不同性能

5、、了解其特點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)儀器同實(shí)驗(yàn)一三、實(shí)驗(yàn)原理不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，如圖2-1。電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善，當(dāng)兩只應(yīng)變片的阻值相同、應(yīng)變數(shù)也相同時(shí)，半橋的輸出電壓為 （2-1）式中 為電阻絲電阻相對(duì)變化；為應(yīng)變靈敏系數(shù)；為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化；為電橋電源電壓。式2-1表明，半橋輸出與應(yīng)變片阻值變化率呈線性關(guān)系。圖2-1 半橋面板接線圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1應(yīng)變傳感器已安裝在懸臂梁上，可參考圖1-1。2按圖2-1接好“差動(dòng)放大器”和“電壓放大器電路”?！安顒?dòng)放大器”調(diào)零，參考實(shí)驗(yàn)一步驟2。3按圖2-1接線，將受力相反（一片受拉，一片受壓）的兩只應(yīng)變片接入電橋的鄰邊。4加托

6、盤后電橋調(diào)零，參考實(shí)驗(yàn)一步驟4。5在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入表2-1。表2-1重量(g)電壓(mV)6實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源，整理好實(shí)驗(yàn)設(shè)備。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告根據(jù)所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算靈敏度S=U/W和半橋的非線性誤差f2。六、思考題引起半橋測(cè)量時(shí)非線性誤差的原因是什么？七、注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所采用的彈性體為雙桿式懸臂梁稱重傳感器，量程較小。因此，加在傳感器上的壓力不應(yīng)過(guò)大（稱重傳感器量程為0.5kg），以免造成應(yīng)變傳感器的損壞！實(shí)驗(yàn)三金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馊珮驕y(cè)量電路的優(yōu)點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)儀器

7、同實(shí)驗(yàn)一三、實(shí)驗(yàn)原理全橋測(cè)量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩只應(yīng)變片接到電橋的對(duì)邊，不同的接入鄰邊，如圖3-1，當(dāng)應(yīng)變片初始值相等，變化量也相等時(shí)，其橋路輸出Uo= （3-1）式中為電橋電源電壓。為電阻絲電阻相對(duì)變化；式3-1表明，全橋輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差得到進(jìn)一步改善。圖3-1 全橋面板接線圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1 應(yīng)變傳感器已安裝在懸臂梁上，R1、R2、R3、R4均為應(yīng)變片，可參考圖1-1。2 差動(dòng)放大器調(diào)零，參考實(shí)驗(yàn)一步驟2。3 按圖3-1接線，將受力相反（一片受拉，一片受壓）的兩對(duì)應(yīng)變片分別接入電橋的鄰邊。4 加托盤后電橋調(diào)零，參考實(shí)驗(yàn)一步驟4。 5 在應(yīng)變傳感器托盤上放置

8、一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入下表。重量(g)電壓(mV)6 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源，整理好實(shí)驗(yàn)設(shè)備。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算靈敏度S=U/W和全橋的非線性誤差f3。六、思考題全橋測(cè)量中，當(dāng)兩組對(duì)邊（R1、R3為對(duì)邊）電阻值R相同時(shí)，即R1R3，R2R4，而R1R2時(shí)，是否可以組成全橋？七、注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所采用的彈性體為雙桿式懸臂梁稱重傳感器，量程較小。因此，加在傳感器上的壓力不應(yīng)過(guò)大（稱重傳感器量程為0.5kg），以免造成應(yīng)變傳感器的損壞！實(shí)驗(yàn)四直流全橋的應(yīng)用電子稱實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庵绷魅珮虻膽?yīng)用及電路的定標(biāo)。二

9、、實(shí)驗(yàn)儀器同實(shí)驗(yàn)一三、實(shí)驗(yàn)原理電子稱實(shí)驗(yàn)原理同實(shí)驗(yàn)三的全橋測(cè)量原理，通過(guò)調(diào)節(jié)放大電路對(duì)電橋輸出電壓的放大倍數(shù)，使電路輸出電壓值為重量的對(duì)應(yīng)值，電壓量綱（V）改為重量量綱（g）即成一臺(tái)比較原始的電子稱。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1 按實(shí)驗(yàn)三的步驟1、2、3接好線并將“電壓放大器”調(diào)零。2 將10只砝碼置于傳感器的托盤上，調(diào)節(jié)“差動(dòng)放大器”與“電壓放大器”的增益調(diào)節(jié)電位器，使數(shù)顯電壓表顯示為0.200V（2V檔測(cè)量）。3 拿掉托盤上所有砝碼，觀察數(shù)顯電壓表是否顯示為0.000V，若不為零，再次將“電壓放大器”調(diào)零和加托盤后電橋調(diào)零。4 重復(fù)2、3步驟，直到精確為止，把電壓量綱V改為重量量綱g即可以稱重。5

10、 將砝碼依次放到托盤上并讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完，計(jì)下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入下表。6 拿掉砝碼，托盤上加一個(gè)未知的重物（不要超過(guò)0.5kg），記錄電壓表的讀數(shù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，求出重物的重量。重量(g)電壓(V)7 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源，整理好實(shí)驗(yàn)設(shè)備。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)，計(jì)算電子稱的靈敏度S=U/W，非線性誤差f4。六、注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所采用的彈性體為雙桿式懸臂梁稱重傳感器，量程較小。因此，加在傳感器上的壓力不應(yīng)過(guò)大（稱重傳感器量程為0.5kg），以免造成應(yīng)變傳感器的損壞！實(shí)驗(yàn)十五電容式傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆娙輦鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)儀器電容傳感器、電

11、容變換器、測(cè)微頭、數(shù)顯直流電壓表、直流穩(wěn)壓電源、絕緣護(hù)套三、實(shí)驗(yàn)原理電容式傳感器是指能將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器它實(shí)質(zhì)上是具有一個(gè)可變參數(shù)的電容器。利用平板電容器原理： （15-1）式中，S為極板面積，d為極板間距離，0為真空介電常數(shù)，r為介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)，由此可以看出當(dāng)被測(cè)物理量使S、d或r發(fā)生變化時(shí)，電容量C隨之發(fā)生改變，如果保持其中兩個(gè)參數(shù)不變而僅改變另一參數(shù)，就可以將該參數(shù)的變化單值地轉(zhuǎn)換為電容量的變化。所以電容傳感器可以分為三種類型：改變極間距離的變間隙式，改變極板面積的變面積式和改變介電常數(shù)的變介電常數(shù)式。這里采用變面積式，如圖15-1，兩只平板電容器共享一個(gè)下極板，當(dāng)下極板隨被測(cè)物體移動(dòng)時(shí)，兩只電容器上下極板的有效面積一只增大，一只減小，將三個(gè)極板用導(dǎo)線引出，形成差動(dòng)電容輸出。通過(guò)處理電路將電容的變化轉(zhuǎn)換成電壓變化，進(jìn)行測(cè)量。圖15-1電容傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1 按圖15-2安裝好電容傳感器，并將電容傳感器引出線與“電容插座”相連接。圖15-2 電容傳感器安裝示意圖圖15-3 電容傳感器接線圖2 將底面板上“電容傳感器”與“電容變換器”相連，“電容變換器”的輸出接到數(shù)顯直流電壓表。（注：此處應(yīng)選用三根相同長(zhǎng)度的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線）3 打開直流電源開